Инверсный магнитоэлектрический эффект в двухслойных композитах Tb0,12Dy0,2Fe0,68 – PbZr0,53Ti0,47o3

А.В. Калгин, Граби З.Х., аспирант

Кафедра физики твердого тела

В двухслойных композитах ферромагнетик-пьезоэлектрик Tb_0,12Dy_0,2Fe_0,68 – PbZr_0,53Ti_0,47O₃ (TDF − PZT) с размерами ферромагнитных слоев 6 х 6 х А мм³ (А = 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 и 1,5) и размерами пьезоэлектрических слоев 8 х 6 х 0,3 мм³ изучен инверсный магнитоэлектрический (МЭ) эффект.

Композиты изготовлены нанесением ферромагнитных слоев из тщательно перемешанного магнитного порошка TDF со средним размером частиц ~ 54 мкм и массой 1,66 г. и эпоксидного компаунда массой 0,36 г. на предварительно поляризованные в промышленных условиях пьезоэлектрические слои PZT. Слой PZT был поляризован по толщине, а слой TDF был намагничен по его продольному направлению.

Эксперимент был поставлен следующим образом: композиты TDF − PZT подвергались воздействию переменного электрического поля E и одновременно регистрировалось изменение амплитуды магнитной индукции B в образцах композитов. Изменение B обнаруживалось по измерению амплитуды индуцируемого напряжения U в катушке индуктивности длиной 5 мм и числом витков 200, внутрь которой помещался образец композита. Для характеристики величины инверсного МЭ эффекта используют коэффициент инверсного МЭ преобразования

α_B = B/E = U/(ENS2πf) [Гс·cм/В], (1)

где N – число витков в катушке, S – площадь поперечного сечения ферромагнитного слоя, f – частота переменного электрического поля.

Основные результаты, полученные в настоящей работе:

1. Зависимости α_B(f) в интервале частот 0-350 кГц для композитов TDF – PZT (за исключением композита со слоями TDF и PZT толщиной 0,9 мм и 0,3 мм соответственно (далее 0,9TDF − 0,3PZT)) имеют два максимума, первый из которых соответствует резонансной частоте при 1-й гармонике продольных колебаний по длине образцов композитов, а второй – резонансной частоте при 3-й гармонике изгибных колебаний по длине образцов композитов. В случае композита 0,9TDF − 0,3PZT зависимость α_B(f) проходит через три пика, среди которых 1, 2 и 3 пики приходятся на резонансные частоты соответственно при 1-й гармонике продольных колебаний по длине, 1-й гармонике продольных колебаний по ширине и 2-й гармонике изгибных колебаний по ширине образца композита.

2. Для всех композитов при различных E величина B увеличивается с ростом напряженности постоянного магнитного поля H₌ от 0 Э до ~1,3 кЭ, а затем выходит на насыщение, когда H₌ изменяется в интервале 1,3-2,5 кЭ.

3. Коэффициент α_B в зависимости от толщины слоя TDF композита проходит через пик, приходящийся на композит 0,9TDF − 0,3PZT. Величина α_B в пике составляет 9,1∙10^-3 Г∙см/В при E = 133,3 В/см и H₌ = 2,5 кЭ.

4. Температурная зависимость α_B в интервале температур от 77 К до 293 К для каждого изученного композита обнаруживает максимум, который определяется поведением коэффициента продольной магнитострикции TDF с температурой. Наилучшим образом инверсный МЭ эффект проявляется при 253 К с α_B равной 9,0 ∙10^-3 Г∙см/В для композита 1,2 TDF – 0,3 PZT в поле H₌ = 2,5 кЭ и на резонансной частоте 124,0 кГц.

5. Установленные в работе закономерности обсуждаются в рамках метода эффективных параметров гетерогенной среды.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по гранту № 13-02-00663.

УДК 539.4