Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

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.

Об авторах

В. В. Куц
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Куц Виктор Викторович — младший научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков



А. В. Турутин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
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
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Кислюк Александр Михайлович — научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков



И. В. Кубасов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
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
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Жуков Роман Николаевич — научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков



А. А. Темиров
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Темиров Александр Анатольевич — научный сотрудник, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков



М. Д. Малинкович
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
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
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»; Университет Авейру
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
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»; АО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»
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

Просмотров: 502


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)