Отзыв ведущей организации (Резонансные магнитоэлектрические эффекты в структурах ферромагнетик-пьезоэлектрик и металл-пьезоэлектрик и датчики магнитных полей на их основе)

УТВЕРЖДАЮ Проректор по организации научной ационной дея дералыюго доцент ко И.К. ~2016 г. отзыв ведущей организации — федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образовании «Южный федеральный университет» на диссертационную работу Чашина Дмитрия Владимировича «Резонансные магнитоэлектрические эффекты в структурах ферромагнетик-пьезоэлектрик и металл-пьезоэлектрик и датчики магнитных полей на их основе», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 — «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах» Магнитоэлектрические (МЭ) эффекты в композитных материалах, реализующие взаимное преобразование электрических и магнитных полей, считаются в настоящее время наиболее перспективными для создания новых твердотельных устройств электроники и микросистемной техники, таких как высокочувствительные датчики магнитных полей, резонаторы, фильтры и фазовращатели радиодиапазона, магнитные элементы памяти, переключаемые электрическим полем, автономные источники электрической энергии.

Проведенные в России и за рубежом исследования показали, что наибольшие по величине МЭ эффекты наблюдаются в искусственно созданных композитных структурах, содержащих механически связанные ферромагнитные (ФМ) и пьезоэлектрические (ПЭ) слои. Установлено, что величина эффекта сильно зависит от параметров используемых материалов. от геометрии структур, величин и ориентации магнитных и электрических полей. В этой связи особую актуальность приобретают поисковые работы, направленные на разработку новых технологий изготовления композитных структур, исследование резонансных эффектов в структурах различных геометрий и составов, демонстрацию возможностей создания новых устройств с использованием магнитоэлектрических эффектов. Комплексному решению поставленных проблем как раз и посвящена представленная диссертационная работа, что и определяет ее актуальность и своевременность.

Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованных источников, изложена на 127 страницах, включая бЗ рисунка и 4 таблицы. Список литературы содержит 98 наименования. Первый раздел диссертации содержит краткий обзор современных исследований МЭ эффектов в композитных структурах и возможностей их использования для создания датчиков магнитных полей. В последующих четырех разделах изложены результаты выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований и описаны конструкции и характеристики разработанных автором макетов датчиков магнитных полей.

В заключении суммированы основные результаты диссертационной работы и приведен список публикаций. Научная новизна диссертаиионной работы определяется совокупностью новых научных результатов изложенных в диссертации 1, Обнаружен и исследован МЭ эффект в двухслойных дисковых резонаторах никель - цирконат-титанат свинца (ЦТС), изготовленных методом электроосаждения никеля и методом склеивания, обусловленный магнитострикцией ФМ слоя.

Эффект наблюдается на частотах как изгибных, так и радиальных акустических колебаний резонатора. Частота изгибных колебаний определяется значениями эффективной плотности и эффективного модуля Юнга слоев, ее можно изменять в широких пределах, подбирая толщины слоев.

Продемонстрировано, что маги итоэлектрический коэффициент для дисковых резонаторов со слоями из ЦТС и никеля достигает -1 Васм.э). 2. Впервые обнаружен и исследован резонансный пьезоиндукционный эффект (взаимное преобразование переменных магнитных и электрических полей) в радиально-поляризованном кольце из пьезоэлектрика с металлическими электродами, помещенном в аксиальные постоянное и переменное магнитные поля. Показано, что эффект возникает благодаря комбинации пьезоэффекта„силы Ампера и электромагнитной индукции на частоте акустического резонанса структуры, величина эффекта линейно зависит от амплитуд переменных полей и напряженности постоянного магнитного поля.

3. Показано, что биморфная пьезоэлектрическая структура в виде закрепленной на одном конце балки, помещенная в постоянное магнитное поле, при пропускании через средний электрод или намотанную на структуру катушку переменного тока с частотой, равной частоте изгибных колебаний биморфа, генерирует переменное напряжение. Амплитуда генерируемого напряжения пропорциональна акустической добротности структуры, амплитуде тока и напряженности магнитного поля.

4. Продемонстрировано, что резонансные МЭ эффекты в кольцевых пьезоэлектрических резонаторах и биморфных пьезоэлектрических балках, обусловленные комбинацией силы Ампера и пьезоэффекта, могут быль использованы для создания датчиков постоянных и медленно изменяющихся магнитных полей с чувствительностью до 26 В/(А.кЭ), работающих в диапазоне полей от единиц милли- Эрстед до десятков кило- Эрстед, Практическаа значимость работы состоит в разработанной автором технологии изготовления монолитных композитных структур ферромагнетик-пьезокерамика методом электролитического осаждения никеля.

Технология позволит создавать композитные структуры сложной формы, обладающие высокой акустической добротностью и большими магнитоэлектрическими коэффициентами. Автором также изготовлены несколько макетов датчиков постоянных магнитных полей, использующих комбинацию пьезоэффекта и силы Ампера, которые после доработки могут послужить прототипами для изготовления недорогих устройств. Такие датчики вполне могут составить конкуренцию широко распространенным полупроводниковым датчикам на эффекте Холла. Достоверность и оооснованность научных положений и полученных результатов исследований определяется следующими обстоятельствами: Использованием при построении моделей общепризнанных физических законов и обоснованных приближений; - Количественным совпадением результатов расчетов, полученных с помощью разработанных моделей, с результатами экспериментальных исследований; - Совпадением выводов и заключений диссертационной работы с результатами более поздних исследований других независимых авторов.

В качестве недостатков и замечаний по диссертационной работе укажем следующие: 1. В исследованиях использованы биморфные пленочные пьезоэлементы из ЦТС керамики, содержащие металлический электрод между слоями. Температура спекания ЦТС керамики, как правило, превышает 1100-1200ОС, что выше плавления традиционно применяемых металлических электродов. Желательно было бы более подробно описать технологию изготовления таких би морф ных пьезоэлементов, указать состав пьезокерамики„использованной для изготовления пьезослоев, а также материал высокотемпературных электродов. 2, Одной из важнейших характеристик датчиков магнитных полей является уровень шума, который определяет величину минимального измеряемого поля.

В диссертации предложены датчики магнитных полей нового типа. Следовало бы провести анализ источников и уровней магнитных и диэлектрических шумов таких датчиков, что не было сделано. 3. На странице 15 ошибочно отнесены к материалам с большими пьезокоэффициентами такие материалы„как нитрид алюминия, лангатат, кварц, ниобат лития. Пьезомодуль 4з у этих материалов лежит в пределах 2,3-18 Пкл/Н, поэтому использование их для изготовления пьезоэлектрических биморфов и, соответственно, ПЭ-МЭ структур с эффективными параметрами проблематично. 4. Текст диссертации содержит ряд неточностей и опечаток, например: некорректно использовать термин «амплитуда» для постоянного поля Н 1'см. подпись к рис. 4.4.), в нескольких местах используется знак «дефис» вместо знака «минус» и т.д., присутствуют опечатки на стр.

17 работы. Однако, перечисленные выше замечания и неточности в оформлении работы не снижают в целом достоверности, оригинальности, научной и практической ценности проведенных исследований. В целом, диссертациоииан работа представляет собой законченное научное исследование по актуальной тематике, выполненное на современном научном уровне. Она содержит как теоретическую часть, так и экспериментальные исследования, завершившиеся созданием действующих макетов новых приборов.

В ходе работ соискатель продемонстрировал глубокие знания в выбранной области, творческий подход' к решению достаточно сложных технических проблем и системные организационные способности. Результаты диссертации опубликоааиы в 11 статьях в журналах, входящих в список ВАК и международные библиографические базы %еЬ оГ Яс1епсе и Ясорцз, доложены на б-ти российских и международных конференциях и защищены 4-мя патентами. Автореферат адекватно отражает содержание диссертации.

Рсзулыиаты, выводы и рекомендации диссертационной работы могут быть использованы в организациях, занимающихся разработкой новых композитных магнитных и пьезоэлектрических материалов и устройств измерительной и информационной техники, использующих магнитоэлектрические эффекты, таких как Институт радиотехники и электроники РАН, НИИ Радиосвязи ~г. Ростов-на-Дону), Воронежский госуниверситет, ОАО НИИ «Элпа» ~г.