Автореферат (1090252)
Текст из файла
На правах рукописиБУРДИН ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧТЕМПЕРАТУРНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИРЕЗОНАНСНОГО МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ВСТРУКТУРАХ ФЕРРОМАГНЕТИК-ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКСпециальность 05.27.01 Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты,микро - и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектахАВТОРЕФЕРАТдиссертация на соискание учёной степени кандидатафизико-математических наукМосква 2015Работа выполнена в Научно-образовательном центре «Магнитоэлектрические материалы и устройства» федерального государственного бюджетного образовательногоучреждения высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники" (МИРЭА)Научный руководитель:ФетисовЮрийКонстантинович,докторфизико-математических наук, профессор, директор Научнообразовательного центра "Магнитоэлектрические материалы и устройства" МИРЭА.Официальные оппоненты:Филиппов Дмитрий Александрович, профессор, докторфизико-математических наук, заведующий кафедрой"Технология машиностроения" федерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Новгородский государственныйуниверситет имени Ярослава Мудрого».УстиновАлексейБорисович,докторфизико-математических наук, профессор кафедры физическойэлектроники и технологии федерального государственного автономного образовательного учреждения высшегообразования«Санкт-Петербургскийгосударственныйэлектротехнический университет «ЛЭТИ» им.
В.И. Ульянова (Ленина)»Ведущая организацияФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»Защита состоится 16 ноября 2015 года в 16-00 на заседании диссертационного совета Д212.131.02, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Московский государственный университетинформационных технологий, радиотехники и электроники" по адресу: 119454 Москва,пр.
Вернадского, д.78.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайтеМИРЭА http://www.mirea.ru/Автореферат разослан «___» _________ 2015г.Учёный секретарь диссертационного советаД212.131.02А. Н. Юрасов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыМагнитоэлектрические (МЭ) эффекты в композитных структурах, содержащихферромагнитные (ФМ) и пьезоэлектрические (ПЭ) слои, интенсивно изучают в последниегоды в связи с перспективами их использования для создания новых устройств твердотельной электроники, таких как высокочувствительные датчики магнитных полей, электрически управляемые устройства обработки радиосигналов и элементы магнитной памяти, переключаемые электрическим полем [1].
МЭ эффекты проявляются в измененииэлектрической поляризации структуры P под действием внешнего магнитного поля H(прямой эффект) или изменении ее намагниченности M под действием внешнего электрического поля E (обратный эффект) и возникают в результате комбинации магнитострикции ФМ слоя и пьезоэффекта в ПЭ слое из-за механической связи между слоями. Экспериментально продемонстрировано, что величина прямого МЭ эффекта в композитныхструктурах, характеризуемая коэффициентом преобразования αE= δP/δH, при комнатныхтемпературах может достигать значений ~ 1-103 В/Э∙см, что на 2-3 порядка превосходитвеличину МЭ эффекта во всех известных природных однофазных материалах.К настоящему времени достаточно хорошо изучены физические характеристикилинейных МЭ эффектов в структурах со слоями из различных материалов и различнойгеометрии.
Показано, что для увеличения эффективности МЭ преобразования следует использовать в структурах ФМ слои из материалов c большой магнитострикцией λ (металлыNi, Co, сплавы пермендюр, галфенол, терфенол, метглас) и ПЭ слои из материалов сбольшим пьезомодулем d (керамика цирконата-титаната свинца, кристаллы магниониобата-титаната свинца, лангатата и т.д). Обнаружено, что эффективность МЭ взаимодействиярезонансно возрастает на 2-3 порядка при совпадении частоты возбуждающего магнитного поля с частотой изгибных либо планарных акустических колебаний структур [2].
Появились первые работы, в которых описаны нелинейные МЭ эффекты удвоения и смешения частот, возникающие из-за нелинейной зависимости магнитострикции ферромагнетика от магнитного поля [3]. В результате проведенных исследований созданы макеты МЭдатчиков переменных магнитных полей, обладающие рекордно высокой чувствительностью (до ~10−11 Т) [4], и работающие, в отличие от квантовых сверхпроводящих интерферометров, при комнатных температурах.Вместе с тем, многие важные характеристики МЭ взаимодействий в композитныхструктурах, определяющие возможности и перспективы их применений, оставались практически не изученными до начала данной работы.
Так, отсутствовали какие-либо сведения4о зависимости эффективности и частоты резонансных МЭ эффектов в структурах различных составов от температуры, необходимые для улучшения характеристик и разработкиметодов термостабилизации устройств. Не были исследованы нелинейные МЭ эффекты вкомпозитных структурах с ферромагнитными слоями из различных материалов, что важнодля формулировки рекомендаций по оптимизации параметров структур с целью повышения эффективности МЭ взаимодействий.
Требовались дополнительные исследования, демонстрирующие возможности создания новых твердотельных устройств с использованием нелинейных МЭ эффектов. Необходимость решения перечисленных проблем и определяет актуальность темы данной диссертационной работыЦелью работы является исследование влияния температуры на характеристикипрямого резонансного МЭ эффекта в планарных композитных структурах ферромагнетикпьезоэлектрик, изучение нелинейных МЭ эффектов в композитных структурах различныхсоставов и демонстрация возможностей создания новых устройств твердотельной электроники с использованием нелинейных МЭ эффектов.Основные задачи работы следующие:1. Разработать и изготовить установку для исследования температурных характеристик МЭ эффектов в композитных структурах;2.
Исследовать влияние температуры на характеристики резонансного МЭ эффектав композитных структурах различных составов;3. Исследовать характеристики нелинейных МЭ эффектов в композитных структурах различных составов.4. Исследовать возможность создания высокочувствительных МЭ датчиков магнитных полей, работающих без магнитного поля смещения.Научная новизна работы:1. Впервые измерены температурные характеристики МЭ резонансного эффекта вкомпозитных структурах различных составов, установлена связь характеристик с параметрами слоев структур.2.
Впервые исследованы нелинейные МЭ эффекты удвоения частоты и смешениячастот в композитных структурах с различными магнитными слоями, установлена связьэффективности нелинейных эффектов с параметрами магнитных слоев.3. Впервые обнаружен и исследован эффект статической деформации ферромагнетиков в переменном магнитном поле.5Практическая важность работы. Создана установка для исследования температурных характеристик МЭ эффектов в композитных структурах.
Определены температурные характеристики МЭ эффектов в структурах различных составов и предложен методтермостабилизации частотных и амплитудных характеристик МЭ взаимодействий. Изготовлены и исследованы макеты высокочувствительных датчиков магнитных полей, работающих без постоянного магнитного поля смещения, что значительно упрощает конструкцию датчиков.Достоверность результатов и выводов диссертационной работы основана на использовании проверенных физических моделей, современных методов экспериментальных исследований и подтверждается совпадением полученных результатов с данными более поздних исследований других авторов.Научные положения, выносимые на защиту1.
Эффективность МЭ взаимодействия в композитных структурах ферромагнетикпьезоэлектрик со слоями из пьезокерамики падает с увеличением температуры из-за увеличения диэлектрической проницаемости пьезослоя и уменьшения магнитострикции ферромагнетика. В структурах с пьезослоем из монокристалла лангатата эффективность МЭвзаимодействия падает с ростом температуры, в основном, из-за уменьшения акустической добротности кристалла.2. Резонансная частота МЭ взаимодействия в композитных структурах ферромагнетик-пьезоэлектрик со слоями из пьезокерамики падает с увеличением температуры из-зауменьшения модуля Юнга материалов.
В структурах со слоем из монокристалла лангатата, имеющего положительный температурный коэффициент модуля Юнга, и тонким ферромагнитным слоем зависимость резонансной частоты от температуры имеет параболическую форму, что позволяет термостабилизировать резонансную частоту.3. Эффективность нелинейного удвоения частоты и смешения магнитных полей вкомпозитных структурах ферромагнетик-пьезоэлектрик пропорциональна нелинейномупьезомагнитному коэффициенту ферромагнитного слоя структуры, имеет максимум в отсутствие постоянного магнитного поля смещения и квадратично растет с увеличением амплитуды переменного поля.4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
