Магнитоэлектрический эффект в слоистых структурах в области электромеханического резонанса

• Автор: Галичян, Тигран Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Магнитоэлектрики и магнитоэлектрический эффект

1.2 Магнитоэлектрический эффект в композитных материалах

1.3 Теоретическое описание магнитоэлектрического эффекта

1.4 Практическое применение магнитоэлектрического эффекта

1.5 Выводы по главе

Глава 2 Прямой магнитоэлектрический эффект в двухслойной магнитострикционно-пьезоэлектрической структуре
2.1 Модель

2.2 Продольный магнитоэлектрический эффект

2.3 Поперечный магнитоэлектрический эффект
2.4 Обсуждение результатов. Сравнение с экспериментом
2.5 Выводы по главе
Глава 3 Прямой магнитоэлектрический эффект в трехслойной магнитострикционно-пьезоэлектрической структуре
3.1 Модель
3.2 Частотная зависимость магнитоэлектрического эффекта
3.3 Обсуждение результатов
3.4 Выводы по главе

Глава 4 Прямой магнитоэлектрический эффект в слоистых структурах с учетом клеевого соединения
4.1 Модель
4.2 Влияние клеевого соединения на магнитоэлектрический эффект.
4.3 Обсуждение результатов. Сравнение с экспериментом
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационной работы. Большой интерес к изучению магнитоэлектрического (МЭ) эффекта вызван как научной новизной данного направления исследований, так и перспективами его практического применения в создании принципиально новых устройств твердотельной электроники. Примерами использования МЭ эффекта в данном направлении является изготовление датчиков магнитных полей, фазовращателей, элементов памяти и т.д. [1-3]. Основными достоинствами магнитоэлектрических датчиков магнитного поля является их высокая чувствительность при комнатной температуре, которая превышает чувствительность датчиков Холла [4].
Магнитоэлектрический эффект заключается в возникновении поляризации вещества под действием магнитного поля (прямой МЭ эффект) и возникновении намагниченности вещества под действием электрического поля [5,6] (обратный МЭ эффект). Его особенность заключается в том, что он связывает полярный вектор (поляризация) с аксиальным вектором (напряженность магнитного поля) и, наоборот, аксиальный (намагниченность) с полярным (напряженность электрического поля). Вследствие этого МЭ эффект можно отнести к перекрестным эффектам.
Наличие МЭ эффекта в монокристаллах тесно связано с симметрией кристалла. В работе [7] указаны группы кристаллов, в которых этот эффект может существовать. Величина МЭ эффекта в монокристаллах мала, что обусловлена малостью спин-орбиталыюго взаимодействия, которое само по себе является релятивистским эффектом. В магнитострикционно-пьезоэлектрических композиционных материалах величина МЭ эффекта намного больше величины эффекта в монокристаллах. Возникновение МЭ эффекта в композиционных материалах обусловлено механическим взаимодействием магнитострикционной и пьезоэлектрической подсистем. Оно напрямую связано с распространением упругих колебаний, возникающих в материале. При прямом МЭ эффекте, после помещения структуры в магнитное
собой слои конечной толщины, механически связанных между собой магнитострикционной и пьезоэлектрической подсистем.
В данной части работы в качестве модели рассматривается двухслойная магнитострикционно пьезоэлектрическая структура, которая состоит из механически взаимодействующих между собой магнитострикционной и пьезоэлектрической подсистем. Уравнение движения среды для данной структуры запишем в виде:
Здесь индекс а равен соответственно т для магнитострикционной и р для пьезоэлектрической подсистемы,аих - т-проекция вектора смещения среды, ар - плотность магнитострикционного и пьезоэлектрического слоя, аТхх, аТх, - тензоры напряжений магнитострикционного и пьезоэлектрического слоя. Основные уравнения для магнитострикционной и пьезоэлектрической подсистем запишутся в следующем виде:
где а5х, ^5,.. - тензоры деформаций, аУ,аС - модуль Юнга и модуль сдвига, РЕ. и - компоненты векторов напряженности электрического и
магнитного полей, р/)_ - компонент вектора электрической индукции, рс1хх „ и - пьезоэлектрический и пьезомагнитный коэффициенты, Р£_. -
компонент тензора диэлектрической проницаемости.
Решение уравнения для вектора смещения среды для данного типа структуры представляется в следующем виде:
(2.2)
(2.3)
(2.4)