Резонансный магнитоэлектрический эффект в композитных планарных структурах ферромагнетик-сегнетоэлектрик (1104680), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Впервые исследованы характеристики нелинейного МЭ взаимодействия при возбуждениимультиферроидной композитной структуры импульсами магнитного поля большойамплитуды.Научная и практическая ценностьВ результате выполнения работы получены данные о характеристиках МЭ взаимодействий вновыхмультиферроидныхкомпозитныхструктурахнаосноверядамагнитныхипьезоэлектрических материалов, которые ранее не применялись для создания таких структур.Экспериментально обнаружен, исследован и объяснен теоретически ряд новых нелинейныхэффектов в мультиферроидных композитных материалах.
Разработана импульсная методика,позволяющая оперативно измерять частотные и полевые характеристики МЭ взаимодействий вкомпозитныхструктурах.широкополосныхдатчиковПредложенпеременныхновыйспособмагнитныхсозданияполей,высокочувствительныхиспользующийнелинейныйрезонансный МЭ эффект в мультиферроидных структурах. Показана возможность применениякомпозитных мультиферроидных структур для создания датчиков импульсных магнитных полей.Основные положения, выносимые на защиту1. Использование в композитных структурах аморфного магнитного сплава с большоймагнитострикцией и малым полем насыщения приводит к существенному увеличениюэффективности прямого МЭ взаимодействия.2.
Использование в композитных структурах слоев из пьезоэлектриков, обладающихбольшим отношением пьезомодуля к диэлектрической проницаемости и высокоймеханической добротностью, вместо слоев из сегнетоэлектриков, позволяет существенноувеличить эффективность прямого МЭ взаимодействия.3. Характеристиками резонансного МЭ взаимодействия в композитных мультиферроидныхструктурах можно управлять с помощью постоянного электрического поля, котороеизменяет диэлектрическую проницаемость, коэффициент потерь пьезоэлектрического слояструктуры и модуль Юнга.4. При приложении ккомпозитной магнитоэлектрической структуре одновременнопеременных магнитного и электрического полей на частотах, близких к частотемеханического резонанса, в ней наблюдается смешанный электрический сигнал.5.
В композитных структурах нелинейная зависимость магнитострикции магнитного слоя отполя приводит к нелинейным эффектам: возникновению электрического сигнала наакустической резонансной частоте образца при действии переменного магнитного поля счастотой, вдвое меньшей резонансной, и формированию электрического сигнала нарезонансной частоте образца под действием двух переменных магнитных полей счастотами, удовлетворяющими условиям синхронизма.6. Анализ нелинейного отклика композитной структуры на импульсы магнитного полябольшой амплитуды позволяет определить частотные и полевые характеристикимагнитоэлектрического взаимодействия.Достоверность научных положений, результатов и выводовРезультаты, представленные в диссертации, получены на основе экспериментов,проведенных на современном научном оборудовании. Достоверность полученных результатовобеспечивалась использованием комплекса взаимодополняющих экспериментальных методик иподтверждается их воспроизводимостью.Личный вклад соискателяСоискатель изготовил часть исследованных в работе композитных мультиферроидных структур,провел измерения магнитных, диэлектрических и МЭ характеристик всех использованныхструктур, выполнил теоретические оценки и расчеты, участвовал в обсуждениях полученныхданных, подготовке графических материалов и написании статей по результатам исследований,лично докладывал полученные результаты на российских и международных конференциях.Объем и структура работыДиссертационнаяработасостоитизвведения,обзоралитературы,описанияисследованных образцов, экспериментальных методик и методов обработки результатовизмерений, 2-х глав с изложением результатов, их обсуждением, заключением и выводами, атакже списка цитируемой литературы.
Общий объем работы составляет 150 страниц, включая 100рисунков и 5 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 151 наименований.Апробация работыОсновные результаты работы были представлены на российских и международныхконференциях в виде устных и стендовых докладов (тезисы и труды опубликованы всоответствующих сборниках): международной научной конференции студентов, аспирантов имолодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009); «Moscow International Symposium on Magnetism»MISM (Москва, 2008, 2011); Международной школе-семинаре «Новое в магнетизме и магнитныхматериалах» НМММ-XXI (Москва, 2008); международном симпозиуме по магнетизму «JointEuropean Magnetic Symposia» (Дублин, 2008); международной конференции «9-th EuropeanConference on Application of Polar Dielectrics»; международной конференции «Micro- andnanoelectronics -2007» (Звенигород, 2007); международной конференции «International ConferenceonFunctionalMaterials»(Партенит,2009);международномсимпозиуме«ProgressinElectromagnetic Research Symposium» (Москва, 2009); международном симпозиуме «12thInternational Meeting on Ferroelectricity and the 16th IEEE International Symposium on the Applicationsof Ferroelectrics» (Xi’an, 2009); международной конференции по магнетизму «InternationalConference on Magnetism» (Карлсруэ, 2009); 4-й Байкальской международной конференции“Магнитные материалы.
Новые технологии” (Иркутск, 2010); международной научнойконференции “Функциональная компонентная база микро-, опто- и наноэлектроники” (Кацивели,2010); 19-й Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (Москва, 2011);международной конференции «9th European Conference on Magnetic Sensors and Actuators» (Прага,2012); 22-й Международной конференции “Новое в Магнетизме и Магнитных Материалах”(Астрахань, 2012).ПубликацииМатериалы диссертационной работы опубликованы в 28 печатных работах, в том числе, в13 статьях в реферируемых российских и зарубежных журналах, принадлежащих перечню ВАК, атакже в 15 статьях в сборниках трудов и тезисов докладов всероссийских и международныхконференций.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВведениеВо введении рассмотрена актуальность темы диссертационной работы, сформулированацель и определены основные задачи исследования, отмечается новизна и практическаязначимость работы, приводятся положения, выносимые на защиту, и сведения об апробацииработы, кратко излагается структура и содержание работы.Глава 1.
Обзор литературыВ главе обобщаются известные опубликованные работы по исследованию МЭ эффекта вкомпозитныхструктурах. Описываются виды и типыматериалов, используемыхдляизготовления этих структур, и связь их характеристик с величиной магнитоэлектрическоговзаимодействия. Кратко изложена история развития исследований МЭ эффекта. Анализируютсяпоследние достижения. Рассматриваются известные подходы и модели для описаниямагнитоэлектрических взаимодействий в композитных слоистых структурах. Рассматриваются нетолько фундаментальные, но и прикладные вопросы. В частности, приведены примерыприменения магнитоэлектрических композитных структур.
В заключение формулируется цельработы.Глава 2. Методика измерений и образцыГлава посвящена описанию материалов, из которых изготовлены слои композитныхструктур, образцов и методик, примененных для исследований в диссертационной работе. Длярешения поставленных задач были использованы двух- и трехслойные композитные слоистыеструктуры (см. рисунок 2) с разными ферромагнитными (ФМ) и сегнетоэлектрическими (СЭ)материалами. В качестве магнитных материалов, из которых изготавливали структуры, былииспользованы Ni, пермендюр состава Fe49Co49V2 (FeCo), галфенол состава Fe0.8Ga0.2 (FeGa),аморфный магнитный сплав на основе железа Fe90.3 Si5.2C1.5B3 (FeSiCB).
Магнитные материалыбыли получены из различных источников: ЦНИИ Чермет (Россия), НИИ Информатики МГТУМИРЭА (Россия), Институт технической акустики (Белоруссия), фирм Vacuumschmelzegmeh&Co(Германия) и Metglas Inc. (США). В качестве пьезоэлектрических материалов использовалиськерамика цирконата-титаната свинца Pb0.51Zr0.49TiO3 (ЦТС или PZT), керамика магниониобат ититанат свинца (1-x)PbNb2/3Mg1/3O3 – xPbTiO3 (PMN-PT), кварц, лангатат La3Ga5.5Ta0.5O14 (LGT).Сегнетоэлектрические материалы были получены от следующих производителей: ЗАО “Элпа”(РФ), American Piezo Inc.
(США), CeramTec AG, Lauf (Германия). Монокристаллическиепластины лангатата были предоставлены фирмой ОАО “Фомос-материалс” (РФ).СЭФМh(t)+Hh(t)+Hu(t)ФМu(t)СЭФМРис. 2 Схематическое изображение двух- и трехслойных структур, использованных в работе.Петли гистерезиса были измерены с помощью вибрационного магнитометра фирмы Lake Shore,система 7407. Магнитострикция магнитных материалов определялась тензометрическимметодом. МЭ эффект измеряли динамическим методом. Приведено описание установкиизмерения импульсного МЭ эффекта и рассматривается принцип её работы.
Описана методикапроведения импульсных измерений. Для измерения частотных зависимостей емкости идиэлектрической проницаемости структур был использован RLC измеритель фирмы AktakomAM-3026. Пьезоэлектрический коэффициент был измерен с помощью прибора Piezo d33 TesterModel 8000.Глава 3. Магнитоэлектрический эффект в структурах с разными магнитными ипьезоэлектрическими материаламиВ третьей главе анализируются результаты измерения магнитных и магнитострикционныхсвойствиспользованныхматериалов.Обсуждаютсярезультатыисследованиямагнитоэлектрического эффекта в структурах с различными магнитными и пьезоэлектрическимиматериалами. Глава разбита на три параграфа.В первом параграфе проведен анализ магнитных свойств материалов Ni, FeSiCB, FeGa,FeCo, используемых для изготовления исследуемых слоистых мультиферроидных структур.Установлено,чтозначениемнамагниченностинасыщения обладает сплав FeCo ~400FeCoFeGaNiFeSiCB17.5 кГс, в то время как наименьшеезначение - у никеля ~ 5.3 кГс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
