В данном докладе представлены первые теоретические данные о зависимости магнитоэлектрического (МЭ) эффекта от магнитного поля в области электромеханического (ЭМР) резонанса в магнитострикционно-пьезоэлектрических гетероструктурах. Были исследованы трехслойные структуры, состоящие из пермендюра и пьезокерамики ЦТС. Пермендюр (магнитный сплав состава 49 % Co, 49 % Fe и 2 % V ) представляет собой идеальный материал для изучения МЭ композитов, поскольку имеет низкое удельное сопротивление, высокую температуру Кюри и высокую магнитострикцию. PZT был выбран из-за высоких значений температуры Кюри и пьезоэлектрических констант.
Измерения МЭ коэффициента показали, что сильный МЭ эффект наблюдается в области низких частот (~100 Гц), а гигантский МЭ эффект в области ЭМР [1] на частотах 200-300 кГц для радиальных мод и на частотах ~ 2,7 МГц для толщинных мод. Полученные данные показали, что от смещающего магнитного поля зависят два ключевых параметра: частота ЭМР fr и величина резонансного МЭ коэффициента aE,R. С возрастанием Н возрастает fr , что приводит к резкому увеличению, а затем падению aE,R. В нашей модели мы рассмотрели два механизма влияния магнитного поля на МЭ эффект в области ЭМР :
- Сдвиг частоты ЭМР, обусловленный изменением коэффициентов упругости (DЕ-эффект).
- Изменение амплитуды сигнала ЭМР, связанное с зависимостью пьезомагнитных коэффициентов от магнитного поля.
МЭ эффект в области ЭМР в радиальных и толщинных модах композитов является эффектом подобным по природе с низкочастотным МЭ эффектом (вынужденная поляризация композита под воздействием переменного магнитного поля), только магнитное поле в этом случае настроено на частоту ЭМР. Динамическая магнитострикция ответственна за электромагнитное взаимодействие и в случае ЭМР приводит к существенному увеличению МЭ коэффициента. Сдвиг резонансной частоты в приложенном магнитном поле, приводящем к изменению модуля Юнга, обусловлен DЕ-эффектом.
Были изучены трехслойные структуры, состоящие из пермендюра с высокой магнитострикцией и сильной пьезомагнитной связью и пьезокерамики ЦТС. Эти структуры изготавливались путем склеивания дисков из пьезокерамики и пермендюра диаметром 9 мм и толщиной 0,18-0,8 мм. Трехслойная структура состояла из центрального диска пьезокерамики, к которому присоединены с помощью эпоксидных слоев толщиной 0,01-0,03 мм внешние диски пермендюра.
МЭ коэффициент aЕ = dЕ/dН был определен путем измерения электрического поля, индуцированного перпендикулярно плоскости образца при поле dН (100 Гц - 3 МГц) и смещающем магнитном поле Н. Мы наблюдали резонанс на радиальных и толщинных модах на частотах 200 кГц - 2,7 МГц. Резонансная частота fr и пик aЕ были измерены как функции от Н. Сдвиг fr наблюдался с увеличением Н. Расчетные значения сдвига dfr хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Кроме того, МЭ эффект в области ЭМР и его зависимость от ∆Е-эффекта исследована в трехслойных структурах на основе металлических ферромагнетиков и пьезокерамики ЦТС. Измерения на образцах с пьезокерамикой и Fe, Co и Ni показали наличие сильного МЭ взаимодействия.
В заключение можно сделать следующие выводы. Нашими теоретическими расчетами были предсказаны два механизма влияния подмагничивающего поля на МЭ эффект, обусловленные изменением пьезомагнитного коэффициента и коэффициента упругой деформации. В работе показано, что эти вклады могут быть измерены в отдельности в области электромеханического резонанса.
Данные частотных зависимостей МЭ коэффициентов показали гигантское взаимодействие в области ЭМР на частотах 200-300 КГц для радиальных мод и на частотах порядка 2,7 МГц для толщинных мод. Теоретические модели зависимости МЭ коэффициентов хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Полученные результаты могут найти применение при создании устройств обработки сигналов с точной настройкой частоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- V.M. Laletin, N.N. Paddubnaya, G.Srinivasan and M.I. Bichurin. Magnetoelectric effects in Ferromagnetic metal-piezoelectric Oxide layered structures // Proc. Int. Conf. "Magnetoelectric Interaction Phenomena in Crystals" Eds. M. Fiebig et al. Kluver Acad Publ., 2004, p. 57-63.
Библиографическая ссылка
Бичурин М.И., Петров В.М., Иванов А.А., Srinivasan G., Nan C.-W. КОРРЕЛЯЦИЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ∆Е-ЭФФЕКТОВ В МАГНИТОСТРИКЦИОННО – ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУРАХ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 3. – С. 27-27;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5830 (дата обращения: 18.04.2024).