Для цитирования:
Савельев Д. В., Бурдин Д. А., Болотина Е. В., Чашин Д. В., Переверзева А. П., Фетисов Ю. К. Магнитоэлектрический эффект в структуре ферромагнетик/электростриктор // Известия вузов. ПНД. 2026. Т. 34, вып. 5. С. 723-734. DOI: 10.18500/0869-6632-003232, EDN: IGFKOP
Магнитоэлектрический эффект в структуре ферромагнетик/электростриктор
Цель работы состояла в исследовании характеристик линейного и нелинейного магнитоэлектрических (МЭ) эффектов в структуре, содержащей механически связанные слой аморфного сплава Metglas и слой электрострикционной керамики PMN-PT.
Методы. Структуру помещали в возбуждающее магнитное поле с частотой 5...300 кГц и амплитудой до 6 Э и параллельное ему постоянное магнитное поле смещения 0...100 Э. Синхронным детектором измеряли амплитуду 1-й и 2-й гармоник генерируемого структурой напряжения при изменении частоты, возбуждающего поля и поля смещения.
Результаты. Показано, что магнитострикция Metglas и электродеформация PMN-PT керамики в слабых полях квадратично зависят от магнитного и электрического полей. Обнаружены и исследованы линейный прямой МЭ-эффект и нелинейный МЭ-эффект удвоения частоты в структуре, возникающие из-за нелинейности магнитострикции. Зависимости амплитуд 1-й и 2-й гармоник МЭ-напряжения от магнитного поля и амплитуды возбуждающего поля хорошо описываются теорией. Продемонстрировано линейное увеличение амплитуд гармоник более чем в 25 раз при приложении к слою керамики электрического поля напряженностью до 2 кВ/см. В описанной структуре величина МЭ-коэффициента составляла 1.7 В/(Э·см) для линейного эффекта и 20 мВ/(Э2·см) для нелинейного эффекта.
Заключение. Результаты могут быть использованы для создания датчиков магнитных полей и удвоителей частоты.
- Nan C.-W., Bichurin M.I., Dong S., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status, and future directions // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 103. P. 031101. DOI: 10.1063/1.2836410.
- Liang X., Matyushov A., Hayes P., Schell V., Dong C., Chen H., He Y., Will-Cole A., Quandt E., Martins P., McCord J., Medarde M., Lanceros-Mendez S., van Dijken S., Sun N.X., Sort J. Roadmap on magnetoelectric materials and devices // IEEE Transactions on Magnetics. 2021. Vol. 57, no. 8. P. 400157. DOI: 10.1109/tmag.2021.3086635.
- Chu Z., PourhosseiniAsl M.J., Dong S. Review of multi-layered magnetoelectric composite materials and devices applications // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. Vol. 51, no. 24. P. 243001. DOI: 10.1088/1361-6463/aac29b.
- Liang X., Dong C., Chen H., Wang J., Wei Y., Zaeimbashi M., He Y., Matyushov A., Sun C., Sun N. A review of thin-film magnetoelastic materials for magnetoelectric applications // Sensors. 2020. Vol. 20, no. 5. P. 1532. DOI: 10.3390/s20051532.
- Uchino K. Electrostrictive and piezoelectric effects in relaxor ferroelectrics: Historical background // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2022. Vol. 69.linebreak P. 3013–3036. DOI: 10.1109/TUFFC.2022.3165002.
- Li F., Jin L., Xu Z., Zhang S. Electrostrictive effect in ferroelectrics: An alternative approach to improve piezoelectricity // Appl. Phys. Rev. 2014. Vol. 1. P. 011103. DOI: 10.1063/1.4861260.
- Gridnev S.A., Khakhlenkov M.V., Fetisov L.Y. The influence of the electric field on the magnetoelectric response of a layered ferromagnet – electrostrictor heterostructure // Ferroelectrics. 2020. Vol. 561, no. 1. P. 90–99. DOI: 10.1080/00150193.2020.1736920.
- Burdin D., Chashin D., Ekonomov N., Fetisov L., Fetisov Y., Shamonin M. DC magnetic field sensor based on the nonlinear magnetoelectric effect in magnetic heterostructures // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. Vol. 49, no. 37. P. 375002. DOI: 10.1088/0022-3727/49/37/375002.
- Hayes P., Salzer S., Reermann J., Yarar E., Robisch V., Piorra A., Meyners D., Hofft M., Knochel R., Schmidt G., Quandt E. Electrically modulated magnetoelectric sensors // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 108, no. 18. P. 182902. DOI: 10.1063/1.4948470.
- Fedulov F.A., Fetisov L.Y., Chashin D.V., Saveliev D.V., Burdin D.A., Fetisov Y.K. Magnetic field spectrum analyzer using nonlinear magnetoelectric effect in composite ferromagnet-piezoelectric heterostructure // Sensors and Actuators A: Physical. 2022. Vol. 346. P. 113844. DOI: 10.1016/j.sna.2022.113844.
- Fetisov Y., Burdin D.A., Ekonomov N.A., Chashin D.V., Zhang J., Srinivasan G., Fetisov Y.K. Nonlinear magnetoelectric effects at high magnetic field amplitudes in composite multiferroics // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. Vol. 51, no. 15. P. 154003. DOI: 10.1088/1361-6463/aab384.
- Saveliev D.V., Fetisov Y.K., Chashin D.V., Fetisov L.Y., Burdin D.A., Ekonomov N.A. Magnetoelectric effects in a layered ferromagnet-electrostrictor heterostructure // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018. Vol. 466. P. 219–224. DOI: 10.1016/j.jmmm.2018.07.034.
- Бурдин Д.А. Измерение магнитострикции тензометрическим мостом с переменным возбуждением // Russian Technological Journal. 2025. Т. 13, № 4. С. 37–46. DOI: 10.32362/2500-316X-2025-13-4-37-46.
- Burdin D.A., Savelev D.V., Ekonomov N.A., Shishkin V.I., Fetisov Y.K. Inequivalence of direct and converse nonlinear resonant magnetoelectric effects // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2025. Vol. 630. P. 173444. DOI: 10.1016/j.jmmm.2025.173444.
- Timoshenko S. Vibration Problems in Engineering. Toronto: D. van Nostrand Company, 1955. 497 p.
- Kumar A., Roy A. Structural and electromechanical characterization of lead magnesium niobate-lead titanate (PMN-0.3PT) piezoceramic for energy harvesting applications // arXiv:2205.04313. arXiv Preprint, 2022. 23 p. DOI: 10.48550/ARXIV.2205.04313.
- Gojdka B., Jahns R., Meurisch V., Greve H., Adelung R., Quandt E., Knochel R., Faupel F. Fully integrable magnetic field sensor based on delta-E effect // Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 99, no. 22. P. 223502. DOI: 10.1063/1.3664135.
- Филиппов Д.А., Галкина Т.А., Лалетин В.М., Сринивасан Г. Инверсный магнитоэлектрический эффект в дискообразных образцах из феррит-пьезоэлектрических композитов // Физика твердого тела. 2011. Т. 53, № 9. С. 1737–1742.
- Kalgin A.V. Converse magnetoelectric effect in three-layered composites based on amorphous ferromagnetic Fe_0.45Co_0.45Zr_0.1 alloy and relaxor (1-x)PbMg_1/3Nb_2/3O_3-xPbZr_0.53Ti_0.47O_3 ceramics // Journal of Alloys and Compounds. 2025. Vol. 1017. P. 179154. DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.179154.
- Channagoudra G., Saw A.K., Dey K., Xavier D., Venkatesh R., Subramanian V., Shukla D.K., Dayal V. Substantial magnetoelectric response in 2/3[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O_3]–1/3[PbTiO_3]–CoFe_2O_4 composites // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 863. P. 158504. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.158504.
- 172 просмотра