Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Для цитирования:

Бурдин Д. А., Чашин Д. В., Экономов Н. А., Фетисов Ю. К. Модуляция магнитоимпеданса в планарной магнитоэлектрической гетероструктуре ферромагнетик – пьезоэлектрик // Известия вузов. ПНД. 2022. Т. 30, вып. 5. С. 554-562. DOI: 10.18500/0869-6632-003004

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.86
EDN: 

Модуляция магнитоимпеданса в планарной магнитоэлектрической гетероструктуре ферромагнетик – пьезоэлектрик

Авторы: 
Бурдин Дмитрий Алексеевич, МИРЭА-Российский технологический университет
Чашин Дмитрий Владимирович, МИРЭА-Российский технологический университет
Экономов Николай Андреевич, МИРЭА-Российский технологический университет
Фетисов Юрий Константинович, МИРЭА-Российский технологический университет
Аннотация: 

Эффект гигантского изменения импеданса ферромагнитных материалов под действием внешнего магнитного поля широко применяют для создания высокочувствительных датчиков магнитных полей. Цель данной работы состояла в демонстрации возможностей управления величиной магнитоимпеданса в структуре ферромагнетик– пьезоэлектрик с помощью электрического поля. Метод. В измерениях использовали планарную гетероструктуру, содержащую полоску из аморфного ферромагнетика Metglas толщиной 25 мкм и длиной 25 мм, механически соединенную с биморфом толщиной 0.5 мм и длиной 30 мм из пьезокерамики цирконата-титаната свинца. Через полоску пропускали переменный ток с частотой 30 кГц...10 МГц, структуру помещали в продольное постоянное магнитное поле 0...500 Э, к пьезобиморфу прикладывали переменное электрическое поле напряженностью до 400 В/см с частотой 60 Гц...50 кГц и регистрировали изменение величины импеданса полоски. Результаты. В отсутствие электрического поля обнаружено сужение области магнитных полей существования магнитоимпеданса при уменьшении частоты тока и насыщение магнитоимпеданса в магнитных полях выше 334 Э. Максимальная величина магнитоимпеданса достигала 18% при частоте тока через полоску 1 МГц. Приложение электрического поля к пьезобиморфу приводило к появлению в спектре частот напряжения на ферромагнитном слое боковых составляющих, что освидетельствует об амплитудно-фазовой модуляции магитоимпеданса. Коэффициент амплитудной модуляции достигал максимального значения 6 · 10−3 при частоте электрического поля 11.2 кГц и монотонно падал при увеличении магнитного поля. Модуляция магнитоимпеданса возникает в результате обратного магнитоэлектрического эффекта в гетероструктуре, приводящего к модуляции намагниченности ферромагнитного слоя и последующему изменению относительной магнитной проницаемости и толщины скин-слоя в ферромагнетике. Результаты могут быть использованы для создания датчиков магнитных полей, управляемых электрическим полем. 

Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-07-00811
Список источников: 
  1. Knobel M., Pirota K. R. Giant magnetoimpedance: concepts and recent progress // J. Magn. Magn. Mater. 2002. Vol. 242–245, no. 1. P. 33–40. DOI: 10.1016/S0304-8853(01)01180-5.
  2. Panina L. V., Mohri K. Magneto-impedance effect in amorphous wires // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 65, no. 9. P. 1189–1191. DOI: 10.1063/1.112104.
  3. Panina L. V., Mohri K., Uchiyama T., Noda M., Bushida K. Giant magneto-impedance in Corich amorphous wires and films // IEEE Trans. Magn. 1995. Vol. 31, no. 2. P. 1249–1260. DOI: 10.1109/20.364815.
  4. Phan M.-H., Peng H.-X. Giant magnetoimpedance materials: Fundamentals and applications // Progress in Materials Science. 2008. Vol. 53, no. 2. P. 323–420. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2007.05.003.
  5. Shen L. P., Uchiyama T., Mohri K., Kita E., Bushida K. Sensitive stress-impedance micro sensor using amorphous magnetostrictive wire // IEEE Trans. Magn. 1997. Vol. 33, no. 5. P. 3355–3357. DOI: 10.1109/20.617942.
  6. Gazda P., Nowicki M., Szewczyk R. Comparison of stress-impedance effect in amorphous ribbons with positive and negative magnetostriction // Materials. 2019. Vol. 12, no. 2. P. 275. DOI: 10.3390/ma12020275.
  7. 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, no. 3. P. 031101. DOI: 10.1063/1.2836410.
  8. Wang W., Wang Z., Luo X., Tao J., Zhang N., Xu X., Zhou L. Capacitive type magnetoimpedance effect in piezoelectric-magnetostrictive composite resonator // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 107, no. 17. P. 172904. DOI: 10.1063/1.4934821.
  9. Leung C. M., Zhuang X., Xu J., Li J., Zhang J., Srinivasan G., Viehland D. Enhanced tunability of magneto-impedance and magneto-capacitance in annealed Metglas/PZT magnetoelectric composites // AIP Advances. 2018. Vol. 8, no. 5. P. 055803. DOI: 10.1063/1.5006203.
  10. Chen L., Wang Y., Luo T., Zou Y., Wan Z. The study of magnetoimpedance effect for magnetoelectric laminate composites with different magnetostrictive layers // Materials. 2021. Vol. 14, no. 21. P. 6397. DOI: 10.3390/ma14216397.
  11. Amalou F., Gijs M. A. M. Giant magnetoimpedance in trilayer structures of patterned magnetic amorphous ribbons // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81, no. 9. P. 1654–1656. DOI: 10.1063/1.1499769.
  12. Fetisov L. Y., Chashin D. V., Burdin D. A., Saveliev D. V., Ekonomov N. A., Srinivasan G., Fetisov Y. K. Nonlinear converse magnetoelectric effects in a ferromagnetic-piezoelectric bilayer // Appl. Phys. Lett. 2018. Vol. 113, no. 21. P. 212903. DOI: 10.1063/1.5054584.
  13. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. Москва: Радио и связь, 1986. 512 с.
Поступила в редакцию: 
27.05.2022
Принята к публикации: 
18.08.2022
Опубликована: 
30.09.2022