Резонансный магнитоэлектрический эффект в композитных планарных структурах ферромагнетик-сегнетоэлектрик (1104680), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Былипроведены-1300q, Эмаксимальным200измеренияполевыхзависимостей магнитострикции дляэтих материалов в двух направлениях10000,0приложениямагнитногополя:вплоскости образца вдоль длинной0,51,01,52,02,53,0H, кЭРис. 3 Полевые зависимости пьезомагнитныхкоэффициентов q (см. в тексте) материалов FeCo,FeGa, Ni, FeSiCBстороныивнаправлении,перпендикулярном плоскости образца.Насыщениемагнитострикцииаморфного сплава происходит в поляхпорядка 300-400 Э, никеля ~ 600 Э, а галфенол и пермендюр насыщаются в значительно большихполях ~ 2 кЭ. Проведено сравнение “пьезомагнитных коэффициентов” q материалов (q = δλ/δH),величина которых характеризует чувствительность деформации материала к магнитному полю(см. рисунок 3).
Показано, что наибольшим коэффициентом q обладает лента аморфногомагнитного сплава FeSiCB (q ~ 400 Э-1). Для никеля, пермендюра и галфенола значения этогокоэффициента равны 100 Э-1, 60 Э-1 и 60 Э-1, соответственно. Другой важной характеристикоймагнитных материалов является поле, в котором достигается магнитострикция насыщения.Наименьшее значение величины поля было получено для аморфного сплава Hs = 70 Э, значениеполя для никеля – Hs = 100 Э.
Как следует из результатов магнитных измерений, наилучшимихарактеристиками, с точки зрения достижения максимального МЭ эффекта, обладает аморфныймагнитный сплав FeSiCB.Во втором параграфе приведены результаты измерений прямого магнитоэлектрическогоэффекта для структур FeGa-PZT, FeSiCB-PZT и FeCo-PZT и обратного магнитоэлектрическогоэффекта в структурах FeCo-PZT и FeGa-PZT. Были измерены частотные и полевые зависимостимагнитоэлектрического коэффициента.
Для всех двухслойных структур характерно наличиемаксимумов на частотной зависимости, соответствующих резонансному возбуждению вструктурах изгибных (на частоте f1) и продольных (на частоте f2) колебаний. В то же времячастотная зависимость для трехслойной структуры с аморфным магнитным сплавом в качествемагнитострикционного слоя имела существенное отличие. На этой зависимости отсутствовалимаксимумы, соответствующие резонансному возбуждению изгибных колебаний, которыеэффективно подавлялись из-за симметричности структуры. В таблице 1 приведено сравнениемагнитоэлектрических коэффициентов всех двухслойных структур в случае резонанса изгибных(коэффициент αE1) и планарных (коэффициент αE2) колебаний.Таблица 1.
МЭ коэффициенты для различных структур на резонансных частотахматериалαE1, В·Э−1см−1−1αE2, В·Э см−1FeGaFeCoFeSiCB8.78.411.94.11813.2Как видно, наибольшие значения достигаются в структуре с аморфным магнитнымсплавом. Кроме того, величина подмагничивающего поля имеет меньшее значение (H ~ 70 Э) всравнении с другими структурами.В следующем параграфе приводятся обсуждения измерений магнитоэлектрическиххарактеристик в несимметричной структуре Ni/PZT(биморфная)/FeSiCB. Показано,что,используя два разных материала смагнитострикцией20H, h(f)АМСравнойu(f)αME, В/Эсм15понасыщения,величинеипротивоположной по знаку, можноЦТСсущественно10увеличитьмагнитоэлектрический коэффициентNiна5частотерезонансаизгибныхколебаний (см.
рисунок. 4).0f150100При приложении поля H лента150аморфногоf, кГцРис. 4 Частотная зависимость МЭ напряжения длянесимметричной структуры. На вставке приведеносхематичное изображение структуры.магнитногосплаварастягивается ( λ11AF > 0), а пластинаNi-сжимаетсяNi( λ11<0)внаправлении поля. Магнитные материалы специально выбраны таким образом, что для нихвеличина магнитострикции насыщения примерно одинакова λ11 ≈ 30·10–6 и коэффициенты q11 (q11= ∂λ11/∂H) достигают максимума примерно в одном и том же поле Hm ~ 102 Э.
Это означает, чтопод действием магнитного поля H биморфная структура будет изгибаться слоем аморфногомагнитного сплава наружу. Значение МЭ коэффициента для несимметричной структуры напорядок выше значения для структуры Ni-PZT с такими же размерами.В третьем параграфе главы обсуждаются результаты исследования магнитоэлектрическогоэффектавдвухслойныхитрехслойныхкомпозитныхструктурах,гдевместосегнетоэлектрических материалов применяли пьезоэлектрические монокристаллы кварца илангатата. Из теоретических расчетов следует, что МЭ коэффициент зависит не только отвеличиныпьезоэлектрическогокоэффициента,нотакжеотзначениядиэлектрическойпроницаемости в виде соотношения d13/ε. У наиболее распространенных сегнетоэлектрическихкерамик PZT и PMN-PT, используемых при создании мультиферроидных структур, этосоотношение равно 0.1 и 0.15, соответственно, так как наряду с большим пьезокоэффициентомзначение диэлектрической проницаемости у этих материалов также велико.
Способ улучшенияМЭ характеристик структур, рассмотренный в этом разделе, заключается в использованиипьезоэлектрическихматериаловснамногоменьшимпьезомодулем,диэлектрическаяпроницаемость которых также мала. К примеру, для монокристаллического лангатата этосоотношение равно 0.25.Результаты измерений показали, что1000-1αΜΕ, ВЭ см-1100значения МЭ коэффициентов для двухслойныхLGT - FeCoи трехслойных структур с лангататом намногоPMN-PT - FeCoпревышают значения МЭ коэффициентов дляPZT - FeCo10аналогичных по размерам структур с PZT иPMN-PT. В качестве магнитных слоев во всехструктурах использовали пластины FeCo. На1рисунке 5 приведены частотные зависимости0,14006008001000f, ГцРис. 5 Зависимости МЭ коэффициентов отчастоты f переменного магнитного полядля двухслойных структур LGT-FeCo, PZTFeCo, PMN-PT-FeCo.МЭ коэффициентов для двухслойных структур.Видно, что значение МЭ коэффициента дляструктуры с лангататом более, чем на порядокпревосходитвеличиныкоэффициентовдляостальных структур.
Аналогичные результатыполучены и для трехслойных структур. Кроме того, в пьезоэлектриках отсутствуют гистерезиссегнетоэлектрических свойств и пироэлектрический эффект.Таким образом, было установлено, что среди всех магнитных материалов наибольший МЭэффект достигается при использовании аморфного магнитного сплава. Показано, чтоиспользованиепьезоэлектрическихматериаловэффективности МЭ взаимодействия в структурах.приводиткзначительномуувеличениюГлава 4. Управление магнитоэлектрическим эффектом с помощью электрических имагнитных полей. Нелинейный магнитоэлектрический эффектВ четвертой главе обсуждаются результаты исследований по управлению МЭ эффектом спомощью приложенного к структуре электрического поля, а также исследования нелинейныххарактеристик МЭ эффекта.
В главе 6 параграфов.В первом параграфе рассматривается влияниепостоянногоf1, кГц18структурыэлектрическогоNi-PZT.Изполянарезультатовсвойстваизмеренийследует, что при приложении поля в диапазоне от - 317(b)кВ/см до 3 кВ/см, МЭ напряжение и резонанснаячастота16-15 -10 -5051015изгибныхколебанийструктурыпочтилинейно зависят от амплитуды электрического поля.При дальнейшем увеличении приложенного поля (до15 кВ/см) зависимость приобретает ярко выраженныйU, мВ600нелинейный вид (см. рисунок 6).400Нелинейность(a)200зависимостимагнитоэлектрического напряжения U объясняется0-15 -10 -5зависимостью от напряженности электрического051015E, кВ/смполядиэлектрическойεпроницаемостиипьезомодуля d13.
При полях E ~ 7 кВ/см происходитРис. 6 Зависимости резонанснойчастоты f1 и МЭ напряжения U отамплитуды электрического поля E дляструктуры Ni-PZT.изменение направление поляризации пьезоэлектрика.Нелинейнаязависимостьрезонанснойчастотыструктуры f1связана с изменением модуля Юнгапьезоэлектрика под действием электрического поля.Максимальное изменение модуля Юнга PZT достигало 25 %, что приводило к изменениюЦТСпленкаPd-AgH0+h(f)электродыЦТСподложкаАФМ пленкаРис. 7 Схематическоеструктуры.резонансной частоты на 12 %. Дляup(f)сравнения, изменение резонанснойчастоты структуры под действиемE0+e(f)us(f)постоянногосоставляломагнитноговсегоРезультатыизображение трехслойной~поля0.5%.демонстрируютвысокую эффективность измененияМЭхарактеристикструктурспомощью постоянного электрического поля.В следующем параграфе приведены результаты исследования МЭ эффекта в трехслойнойструктуреPZT/подложка0.01(a)(b)U, мВU, мВ0.0020.00Эта0.00105000t, мс0.05200f, кГц(c)(d)0.00длярезонансныхвызванныхt, мс10000сигналов,одновременнымвозбуждениемпроводилось5000исследованиякакпеременныммагнитным полями.
В исследованиях-0.050специальноэлектрическим, так и переменным0.010.000PZT/аморфныйструктураизготовленаU, мВU, мВ0.000100100000.02пленкамагнитный сплав (см. рисунок 7).смешения-0.01тонкая-50100150f, кГцсравнениехарактеристикприпоследовательномРис. 8 Смешение сигналов с близкими (a-b) иразличными (c-d) частотами в при одновременноммагнитном и электрическом возбуждении трехслойнойструктуры.МЭструктурыполем,сначалаазатемвозбуждениимагнитнымотдельноэлектрическим полем. Напряжение,генерируемое структурой, снимали при помощи электродов либо с пленки, либо с подложки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
