Резонансный магнитоэлектрический эффект в композитных планарных структурах ферромагнетик-сегнетоэлектрик (1104680), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Приодновременном возбуждении структуры электрическим и магнитным полями наблюдалосьрезонансноесмешениедвухсигналов,генерируемыхсегнетоэлектрическойподложкой.Результаты этих измерений приведены на рисунке 8. На верхнем рисунке показаны результатыизмерения в случае близких значений частот переменных электрического и магнитного полей. Вэтом случае наблюдается суммирование сигналов и возникновение биений. На нижнем рисункепоказаны результаты измерений, когда частоты переменных электрического и магнитного полейсовпадают с частотами резонанса изгибных и планарных колебаний соответственно,чтоприводит к модуляции одного сигнала другим.Следующие параграфы посвящены обсуждению результатов исследований нелинейныххарактеристик МЭ эффекта.
В первом параграфе описаны результаты изучения нелинейного“удвоения частоты” в структуре FeSiCB-PZT. Эффект заключается в наблюдении резонансногоувеличения магнитоэлектрического напряжения на частоте изгибных колебаний в случаевозбуждения структуры переменным магнитным полем с частотой вдвое меньше, чем частотаизгибных колебаний. Причина заключается в том, что магнитострикция является четнымэффектом по полю, то есть магнитный слой растягивается дважды за период переменногомагнитного поля.
Величина эффекта пропорциональна второй производной от магнитострикциипо магнитному полю. Для структуры с аморфным сплавом максимальный эффект наблюдается вотсутствии постоянного поля приложенного к структуре.Следующий параграф посвящен обсуждению результатов исследования нелинейного МЭэффекта формирования электрического сигнала на резонансной частоте образца под действиемдвух переменных магнитных полей с частотами, удовлетворяющими условиям синхронизма.
Порезультатам измерений (см. рисунок 9)установлена эволюция зависимости МЭнапряжения, генерируемого структурой,от частоты f1 первого магнитного поляпри заданных значениях частоты f2второго магнитного поля. Приведенотеоретическое описание этого эффекта.Показано, что амплитуда генерируемгосигналанарезонансачастотетакжеакустическогопропорциональнаявторой производной от магнитострикциипоРис. 9 Эволюция зависимости МЭ напряжения u,генерируемого FeBSiC-PZT структурой, отчастоты поля f1 при изменении частоты поля f2 иH0 = 0. Максимумы соответствуют условиямрезонанса изгибных колебаний структуры.полю.Полученныерезультатыпредставляют интерес, прежде всего, вобласти измерения магнитных полей,потому что использование этого эффектапозволяетрешитьпроблемуузкогочастотного диапазона, в котором достигается наибольшая чувствительность датчиков.Последний параграф посвящен изучению отклика МЭ структуры на возбуждениеимпульсными магнитными полями с амплитудами, значительно превышающими величины полей,в которых достигается намагниченность насыщения.
Структуры FeCo-PZT и FeCo-PZT-FeCoвозбуждали при помощи импульсов магнитного поля с амплитудами до 38 кЭ и длительностьюимпульса в 450 мкс. Были изучены параметры осцилляций на временных зависимостях МЭнапряжения, генерируемого структурой.На рисунке 10 приведены временные зависимости напряжения, снимаемого со структуры,при амплитуде импульса магнитного поля 6.5 кЭ, а также частотный спектр, полученный из этойзависимости при помощи преобразования Фурье. На рисунке видны осцилляции в областимаксимума приложенного импульса, а также сразу после него. Эти осцилляции соответствуютвозбуждению в структуре изгибных и планарных колебаний. Они возбуждаются при разныхамплитудах импульсов магнитных полей и с разной интенсивностью.
Кроме того, как былопоказановпредыдущейглаве,дляслучаясимметричнойструктурыосцилляции,соответствующие изгибным колебаниям, не возникают.Была1,21,01,5u00,220,500,0λ/λsatu, В41,0grec(f)gsin(f)g, В61gu(f)gu10036f, кГц1,59зависимостейиполевыхмагнитоэлектрическогокоэффициентаизизмеренныханализе спектров импульсов h(f) и g(f) спомощью0,1f20,00,5 1,0t, мсчастотныхметодиказависимостей h(t) и u(t). Она основана наf1-20,0полученияразработанапреобразованияФурье.Используя формулу αE(f) = (1/ap)·u(f)/h(f),можно найти искомую зависимость МЭ0100200f, кГцРис. 10 Временная зависимость u(t) и частотныйспектр g(f) МЭ отклика структуры CoFe-PZT,возбуждаемой импульсами магнитного поля самплитудой 6.5 кЭ.коэффициентаполучитьотполевыекоэффициентачастоты.ЧтобызависимостиαE(H),МЭнеобходимоизмерить сначала зависимости h(t) и u(t),затем вычислить от них производные по времен δh(t)/δt и δu(t)/δt, рассчитать значениеα E = (1 / a p ) ⋅ (δu / δh ) Совокупность полученных значений αE и h даст искомую полевую.зависимость.
В заключение отмечается возможность измерения импульсных магнитных полей самплитудами вплоть до 38 кЭ, то есть возможность создания датчиков импульсных магнитныхполей на основе магнитоэлектрических композитных структур.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Показано, что одними из наиболее перспективных композитных мультиферроидныхструктур являются структуры с аморфными магнитными сплавами, в которыхэффективность МЭ взаимодействия достигает 10 - 102 В/Э·см в резонансном режиме.2. Исследованная трехслойная композитная мультиферроидная структура Ni/PZT/FeSiCB наоснове магнитных материалов с различными знаками магнитострикции обеспечиваетусиление МЭ взаимодействия в ~ 3 раза по сравнению с двухслойными структурами.3. Вкомпозитныхструктурахсегнетоэлектрическихнаматериалов,основепьезоэлектриков,эффективностьМЭиспользуемыхвзаимодействиявместодостигаетрекордных значений ~103 В/Э·см в резонансном режиме.4.
Под действием постоянного электрического поля E, приложенного к композитнойструктуре, величина МЭ коэффициента изменяется более чем на порядок, при этомрезонансная частота структуры может сдвигаться на величину до 12 % для исследованнойструктуры. Предложено феноменологическое объяснение наблюдаемого эффекта.5. Установлено, что в композитных мультиферроидных структурах формируется сигнал наакустической резонансной частоте образца при действии переменного магнитного поля счастотой вдвое меньшей.6.
Показано, что при возбуждении структуры с пермендюром магнитными импульсами самплитудой, значительно большей полей насыщения (до 38 кЭ), отклик системы несетинформацию о видах осцилляций в системе, резонансных частотах, полевых и частотныхзависимостях магнитоэлектрического взаимодействия в структуре.ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИСтатьи в журналах из перечня ВАК:1. Фетисов Л.Ю., Каменцев К.Е., Фетисов Ю.К. Влияние электрического поля на характеристикимагнитоэлектрическоговзаимодействиявкомпозитнойструктуреферромагнетик–сегнетоэлектрик //ФТТ. – 2009.
– Т. 51. – В. 11. – С. 2175- 2179.2. Фетисов Л.Ю., Каменцев К.Е., Остащенко А.Ю. Влияние проводимости на частотныехарактеристики магнитоэлектрического напряжения в многослойной пленочной структуре//Нано- и микросистемная техника. – 2009. – Т. 105. – В. 4 . – С. 23-26.3. Фетисов Л.Ю., Буш А.А., Каменцев К.Е., Мещеряков В.Ф., Фетисов Ю.К., Чашин Д.В.Низкочастотный магнитоэлектрический эффект в композитной планарной структуре галфенол– цирконат-титанат свинца //ЖТФ.
– 2009. – Т. 79. – В. 9. – С. 71-77.4. Fetisov L.Y., Srinivasan G., Fetisov Y.K. Influence of bias electrical on magnetoelectric interactionsin ferromagnetic-piezoelectric layered structures//Appl. Phys. Lett. – 2009. – V. 94. – №. 1325007.5. Fetisov L.Y., Kamentsev K.E., Srinivasan G., Fetisov Y.K.
Frequency dependence of magnetoelectricvoltage for a multilayer ferrite-piezoelectric structure with ferrite conductivity //IntegratedFerroelectrics. – 2009. – V. 106. – P. 1-6.6.Fetisov L.Y., Kamentsev K.E., Srinivasan G., Fetisov Y.K., Chashin D.V. Converse magnetoelectriceffects in a galfenol and lead zirconate titanate bilayer //J.
Appl. Phys. – 2009. – V. 105. – №.123918.7. Фетисов Л.Ю., Чашин Д.В., Перов Н.С., Фетисов Ю.К. Магнитоэлектрический эффект впланарных структурах аморфный ферромагнетик FeNiSiC – пьезоэлектрик //ЖТФ. – 2011. – Т.81. – В. 4. – С. 56 – 61.8. Фетисов Л.Ю., Перов Н.С., Фетисов Ю.К. Резонансное магнитоэлектрическое взаимодействиев несимметричной биморфной структуре ферромагнетик – сегнетоэлектрик // ПЖТФ.
– 2011. –Т. 37. – В. 6. – С. 1-7.9. Fetisov L.Y., Perov N.S., Fetisov Y.K., Srinivasan G. and Petrov V.M. Resonance magnetoelectricinteractions in an asymmetric ferromagnetic-ferroelectric layered structures // J. Appl. Phys. – 2011. V. 109. - № 053908. – P. 1-4.10. Sreenivasulu G., Fetisov L.Y., Srinivasan G., Fetisov Y.K. Piezoelectric single crystal langatate andferromagnetic composites: Studies on low-frequency and resonance magnetoelectric effects // Appl.Phys. Let. – 2012. – V.
100. – №. 052901.11. Фетисов Л.Ю. Резонансный магнитоэлектрический эффект в композитной структуре кварцферромагнетик // Нано- и микросистемная техника. - 2012. – Т. 6. – С. 14-16.12. Fetisov L.Y., Chashin D.V., Fetisov Y.K., Segalla A.G., and Srinivasan G. Resonance magnetoelectriceffects in a layered composite under magnetic and electrical excitations // J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
