Магнитоэлектрический эффект в трехслойных градиентных композитах LiNbO3/Ni/метглас
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2023-1-26-35
EDN: KGYSYH
Аннотация
Исследовано влияние отжига в постоянном магнитном поле на величину магнитоэлектрического (МЭ) коэффициента в трехслойных градиентных МЭ композитах LiNbO3/Ni/метглас. Продемонстрирована методика электрохимического осаждения никеля на бидоменные кристаллы ниобата лития. Показано, что оптимальная для формирования максимальной остаточной намагниченности слоя Ni температура отжига в постоянном магнитном поле составляет 350 °С. В образцах, отожженных при данной температуре, был достигнут максимальный сдвиг зависимости МЭ коэффициента от напряженности внешнего постоянного магнитного поля относительно значения Hdc = 0. Значение квазистатического МЭ коэффициента в отсутствии внешнего постоянного магнитного поля составило 1,2 В/(см ∙ Э). Максимальное значение МЭ коэффициента было достигнуто на частоте изгибного резонанса структуры 278 Гц и составило 199,3 В/(см ∙ Э) без приложения внешнего магнитного поля. Полученные в работе значения МЭ коэффициента в трехслойных градиентных композитах LiNbO3/Ni/метглас не уступают аналогичным значениям для большинства МЭ композитных материалов, опубликованных ранее.
Ключевые слова
Об авторах
В. В. КуцРоссия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Куц Виктор Викторович — младший научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
А. В. Турутин
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Турутин Андрей Владимирович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
А. М. Кислюк
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Кислюк Александр Михайлович — научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
И. В. Кубасов
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Кубасов Илья Викторович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
Р. Н. Жуков
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Жуков Роман Николаевич — научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
А. А. Темиров
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Темиров Александр Анатольевич — научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
М. Д. Малинкович
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Малинкович Михаил Давыдовыч — канд. физ.-мат. наук, доцент; кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
Н. А. Соболев
Португалия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049;
3810-193 Авейру, Португалия
Соболев Николай Андреевич — канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков, лаборатория ФНС (1); доктор естественных наук, профессор (2)
Ю. Н. Пархоменко
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049;
Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524
Пархоменко Юрий Николаевич — доктор физ.-мат. наук, профессор, научный руководитель, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков (1); научный консультант (2)
Список литературы
1. Eerenstein W., Mathur N.D., Scott J.F. Multiferroic and magnetoelectric materials. Nature. 2006; 442: 759-765. https://doi.org/10.1038/nature05023
2. Vopson M.M. Fundamentals of multiferroic materials and their possible applications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015; 40: 223-250. https://doi.org/10.1080/10408436.2014.992584
3. Nan C.W., Bichurin M.I., Dong S., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspective, status, and future directions. Journal of Applied Physics. 2008; 103(3): 031101-031136. https://doi.org/10.1063/1.2836410
4. Bichurin M., Viehland D., Srinivasan G. Magnetoelectric Interactions in ferromagnetic-piezoelectric layered structures: Phenomena and devices. Journal of Electroceramics. 2007; 19(4): 243-250. https://doi.org/10.1007/s10832-007-9058-x
5. Tu C., Chu Z.-Q., Spetzler B., Hayes P., Dong C.-Z., Liang X.-F., Chen H.-H., He Y.-F., Wei Y.-Y., Lisenkov I., Lin H., Lin Y.-H., McCord J., Faupel F., Quandt E., Sun N.-X. mechanical-resonance-enhanced thin-film magnetoelectric heterostructures for magnetometers, mechanical antennas, tunable RF inductors, and filters. Materials (Basel). 2019; 12(14): 22-52. https://doi.org/10.3390/ma12142259
6. Fiebig M. Revival of the magnetoelectric effect. Journal of Physics D: Applied Physics. 2005: 38(8): 123-152. https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/8/R01
7. Palneedi H., Annapureddy V., Priya S., Ryu J. Status and perspectives of multiferroic magnetoelectric composite materials and applications. Actuators. 2016; 5(1): 9-40. https://doi.org/10.3390/act5010009
8. Yang S., Xu J., Zhang X., Fan S., Zhang C., Huang Y., Li Q., Wang X., Cao D., Xu J. Self-biased Metglas/PVDF/Ni magnetoelectric laminate for AC magnetic sensors with a wide frequency range. Journal of Physics D: Applied Physics. 2022; 55(17): 175002-175003. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac4cf5
9. Jing W.Q., Fang F. Stress-induced self-biasing of magnetoelectric coupling in embedded Ni/PZT/FeNi composite. Applied Physics Letters. 2015; 106(21): 212901-212902. https://doi.org/10.1063/1.4921743
10. Pourhosseiniasl M., Yu Z., Chu Z., Yang J., Xu J., Hou Y., Dong S. Enhanced self-bias magnetoelectric effect in locally heat-treated ME laminated composite. Applied Physics Letters. 2019; 115(11): 112901-112902. https://doi.org/10.1063/1.5116625
11. Mandal S.K., Sreenivasulu G., Petrov V.M., Srinivasan G. Magnetization-graded multiferroic composite and magnetoelectric effects at zero bias. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics. 2011; 84(1): 011432-014440. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.014432
12. Lage E., Kirchhof C., Hrkac V., Kienle L., Jahns R., Knöchel R., Quandt E., Meyners D. Biasing of magnetoelectric composites. Nature Materials. 2012; 11(6): 523-529. https://doi.org/10.1038/nmat3306
13. Kubasov I.V., Kislyuk A.M., Turutin A.V., Malinkovich M.D., Parkhomenko Y.N. Bidomain ferroelectric crystals: properties and prospects of application. Russian Microelectronics. 2021; 50(8): 571-616. https://doi.org/10.1134/S1063739721080035
14. Turutin A.V., Kubasov I.V., Kislyuk A.M., Kuts V.V., Malinkovich M.D., Parkhomenko Y.N., Sobolev N.A. Ultra-sensitive magnetoelectric sensors of magnetic fields for biomedical applications. Nanobiotechnology Reports. 2022; 17: 261-289. https://doi.org/10.1134/S2635167622030223
15. Turutin A.V., Vidal J.V., Kubasov I.V., Kislyuk A.M., Malinkovich M.D., Parkhomenko Y.N., Kobeleva S.P., Pakhomov O.V., Kholkin A.L., Sobolev N.A. Magnetoelectric metglas/bidomain y +140°-cut lithium niobate composite for sensing FT magnetic fields. Applied Physics Letters. 2018; 112(26): 262906-263100. https://doi.org/10.1063/1.5038014
16. Turutin A.V., Vidal J.V., Kubasov I.V., Kislyuk A.M., Kiselev D.A., Malinkovich M.D., Parkhomenko Y.N., Kobeleva S.P., Kholkin A.L., Sobolev N.A. Highly sensitive magnetic field sensor based on a metglas/bidomain lithium niobate composite shaped in form of a tuning fork. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019; 486: 165209-165253. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.04.061
17. 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-Méndez S., Van Dijken S., Sun N., Sort J. Roadmap on magnetoelectric materials and devices. IEEE Transactions of Magnetics. 2021; 57(8): 4000157-400400213. https://doi.org/10.1109/TMAG.2021.3086635
18. Huang D., Lu C., Han B., Wang X., Li C., Xu C., Gui J., Lin C. Giant self-biased magnetoelectric coupling characteristics of three-phase composite with end-bonding structure. Applied Physics Letters. 2014; 105(1): 0263502-0263507. https://doi.org/10.1063/1.4904799
19. Zhang H., Lu C., Sun Z. Large self-biased magnetoelectric response in four-phase heterostructure with multiple low-frequency peaks. Applied Physics Letters. 2015; 106(3): 033505-0335101. https://doi.org/10.1063/1.4906414
20. Jing W.Q., Fang F. Stress-induced self-biasing of magnetoelectric coupling in embedded Ni/PZT/FeNi composite. Applied Physics Letters. 2015; 106(21): 212901-212902. https://doi.org/10.1063/1.4921743
21. Kumar A., Arockiarajan A. Temperature dependent magnetoelectric (ME) response in press-fit FeNi/PZT/Ni self-biased ring composite. Journal of Applied Physics. 2019; 106(9): 094102-094103. https://doi.org/10.1063/1.5108708
22. Deka B., Lee Y.W., Yoo I.R., Gwak D.W., Cho J., Song H.C., Choi J.J., Hahn B.D., Ahn C.W., Cho K.H. Designing ferroelectric/ferromagnetic composite with giant self-biased magnetoelectric effect. Applied Physics Letters. 2019; 115(19): 192901-192903. https://doi.org/10.1063/1.5128163
23. Pourhosseiniasl M.J., Yu Z., Chu Z., Yang J., Xu J.J., Hou Y., Dong S. Enhanced self-bias magnetoelectric effect in locally heat-treated ME laminated composite. Applied Physics Letters. 2019; 115(11): 112901-112902. https://doi.org/10.1063/1.5116625
24. Jing W.Q., Fang F. A flexible multiferroic composite with high self-biased magnetoelectric coupling. Composites Science and Technology. 2017; 153: 145-150. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2017.10.010
25. Yang S.C., Park C.S., Cho K.H., Priya S. Self-biased magnetoelectric response in three-phase laminates. Journal of Applied Physics. 2010; 108(9): 093706-6. https://doi.org/10.1063/1.3493154
26. Huang D., Lu C., Bing H. Multipeak self-biased magnetoelectric coupling characteristics in four-phase Metglas/Terfenol-D/Be-bronze/PMN-PT structure. AIP Advances. 2015; 5(4): 047140-047147. https://doi.org/10.1063/1.4919248
27. Jovičević K.M., Thormählen L., Röbisch V., Toxværd S.D., Höft M., Knöchel R., Quandt E., Meyners D., McCord J. Antiparallel exchange biased multilayers for low magnetic noise magnetic field sensors. Applied Physics Letters. 2019; 114(19): 192410-192429. https://doi.org/10.1063/1.5092942
28. Ma J.N., Xin C.Z., Ma J., Lin Y.H., Nan C.W. A cost-effective self-biased magnetoelectric effect in SrFe12O19/Metglas/Pb(Zr,Ti)O3 laminates. Journal of Physics D: Applied Physics. 2016; 49(40): 405002-405007. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/49/40/405002
29. Yang S., Xu J., Zhang X., Fan S., Zhang Ch.-Y., Huang Y.-С., Li Q., Wang X., Cao D., Li Sh. Self-biased Metglas/PVDF/Ni magnetoelectric laminate for AC magnetic sensors with a wide frequency range. Journal of Physics D: Applied Physics. 2022;55(17): 175002-175003. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac4cf5
30. Chen L., Li P., Wen Y., Zhu Y. Near-flat self-biased magnetoelectric response in three-phase Metglas/Terfenol-D/PZT-laminated composites. IEEE Transactions on Magnetics. 2015; 51(11). https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2451140
31. Li M., Wang Z., Wang Y., Li J., Viehland D. Giant magnetoelectric effect in self-biased laminates under zero magnetic field. Applied Physics Letters. 2013; 102(8): 082404-082601. https://doi.org/10.1063/1.4794056
32. Mandal S.K., Sreenivasulu G., Petrov V.M., Srinivasan G. Flexural deformation in a compositionally stepped ferrite and magnetoelectric effects in a composite with piezoelectrics. Applied Physics Letters. 2010; 96(19): 192502-192503-3. https://doi.org/10.1063/1.3428774
Рецензия
Для цитирования:
Куц В.В., Турутин А.В., Кислюк А.М., Кубасов И.В., Жуков Р.Н., Темиров А.А., Малинкович М.Д., Соболев Н.А., Пархоменко Ю.Н. Магнитоэлектрический эффект в трехслойных градиентных композитах LiNbO3/Ni/метглас. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2023;26(1):26-35. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2023-1-26-35. EDN: KGYSYH
For citation:
Kuts V.V., Turutin A.V., Kislyuk A.M., Kubasov I.V., Zhukov R.N., Temirov A.A., Malinkovich M.D., Sobolev N.A., Parkhomenko Yu.N. Magnetoelectric effect in trilayered gradient composites LiNbO3/Ni/Metglas. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2023;26(1):26-35. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2023-1-26-35. EDN: KGYSYH