Магнитоэлектрический эффект в многослойных плёночных структурах ферромагнетик - пьезоэлектрик

• Автор: Остащенко, Артём Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Современное состояние исследований магнитоэлектрического эффекта литературный обзор

1.1. Определение магнитоэлектрического эффекта. Магнитоэлектрический

эффект в монокристаллах.

1.2. Магнитоэлектрический эффект в объмных композитах.

1.3. Магнитоэлектрический эффект в пленочных структурах

1.4. Магнитоэлектрический эффект в области резонанса.

1.5. Теоретические модели магнитоэлектрического эффекта

1.6. Возможные применения магнитоэлектрического эффекта

1.7. Выводы по главе 1 и постановка задачи.

ГЛАВА 2. Исследование магнитоэлектрического взаимодействия в многослойных плночных структурах методом гармонической
модуляции магнитного поля.
2.1. Описание образцов и технология изготовления многослойных
структур ферритпьезоэлектрик.
2.2. Экспериментальная установка и методика измерений
2.3. Зависимость магнитоэлектрического коэффициента от величины и
ориентации постоянного магнитного поля
2.4. Зависимость магнитоэлектрического коэффициента от частоты и
амплитуды переменного магнитного поля.
2.5. Температурная зависимость магнитоэлектрического коэффициента в
многослойной структуре ферритпьезоэлектрик.
2.6. Датчики магнитного поля на основе магнитоэлектрического эффекта.
2.7. Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. Исследование частотной зависимости магнитоэлектрического коэффициента в многослойных структурах импульсным методом
3.1. Методика измерений и экспериментальная установка
3.2. Схема и описание токового усилителя.
3.3. Результаты экспериментальных исследований для коротких импульсов
магнитного поля.
3.4. Результаты экспериментальных исследований для длинных импульсов
магнитного поля.
3.5. Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. Теоретические исследования магнитоэлектрического эффекта 4.1. Расчт магнитоэлектрического эффекта в двухслойной структуре магнетикпьезоэлектрик и магнетикпьезоэлектрикподложка для случая
толстых плнок
4.2. Расчт магнитоэлектрического эффекта в двухслойной структуре магнетик пьезоэлектрик для случая тонких плнок, нанеснных на подложку
4.3. Моделирование поведения частотной зависимости магнитоэлектрического напряжения на многослойной структуре в области
низких частот.
4.4. Выводы по главе
ГЛАВА 5. Магнитоэлектрический эффект в структурах с многослойными
магнитострикционными тонкими плнками
5.1. Многослойные магнитострикционные плнки и их свойства.
Спиновый переориентационный фазовый переход в них
5.2. Технология изготовления и описание образцов
5.3. Измерение магнитострикции оптическим методом зажатой
изгибающейся балки.
5.4. Описание установки и методики измерения магнитоэлектрического
эффекта
5.5. Измерения магнитоэлектрического эффекта в тонкоплночных магнитострикционных плнках с осью лгкого намагничивания,
напылнных на балки и квадраты цирконата титаната свинца.
5.6. Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Описаны многослойные тонкоплночные структуры ТЬСоКеСо и их преимущества, объяснена суть спинового переориентационного фазового перехода. Приведены параметры образцов, технология и режимы напыления многослойных тонкопленочных МС структур. МС структурах, а затем установка и методика измерения МЭ эффекта в этих структурах, нанеснных на различные пьезоэлектрические подложки. Обсуждены результаты исследований и сделаны выводы. В заключении сформулированы выводы и основные результаты. Исследованы зависимости МЭ коэффициента для многослойных структур НЦФ ЦТС от величины и ориентации постоянного магнитного поля. Впервые исследована зависимость МЭ коэффициента для многослойных структур НЦФ ЦТС от частоты модуляции магнитного поля в диапазоне частот от Гц до 1 МГц. Показано, что МЭ коэффициент для многослойных структур НЦФ ЦТС имеет максимум в области низких частот вследствие частотной зависимости проводимости и емкости слов. Впервые построена теория, описывающая характеристики МЭ эффекта в двухслойных и многослойных толстоплночных структурах и в тонкоплночных структурах на подложке, учитывающая изгибные деформации. Впервые обнаружен и исследован МЭ эффект в структурах, содержащих многослойную магнитострикционную пленку ТЬСо5нмРеСо5нм х, нанеснную на ЦТС подложку, в области магнитных полей спинового переориентационного фазового перехода. В многослойных плночных структурах НЦФЦТС МЭ коэффициент имеет максимум в области низких частот, после которого монотонно спадает с увеличением частоты, сильно возрастая лишь в области частот, соответствующих электромеханическому резонансу структуры. Максимум МЭ коэффициента в области низких частот для плночных структур НЦФЦТС обусловлен зависимостью от частоты проводимости и мкости слов многослойной структуры. При расчте характеристик МЭ эффекта в двухслойных структурах магнетикпьезоэлектрик необходимо учитывать изгибные деформации, приводящие к уменьшению величины МЭ эффекта. В тонкоплночных структурах магнетикпьезоэлектрик, нанеснных на подложку, МЭ эффект отсутствует, если намагниченность магнитной плнки в размагниченном состоянии лежит в плоскости структуры, а пьезоэлектрическая плнка поляризована по толщине. Использование спинового переориентационного фазового перехода в тонких магнитострикционных плнках позволяет увеличить их магнитострикционную восприимчивость и, как следствие, повысить МЭ коэффициент в структурах на их основе. Научная сессия МИФИ Ii i, , I, Ii I , Vi, i XIX Международная школасеминар Новые магнитные материалы микроэлектроники, МГУ, Международная научная конференция Тонкие плнки и наноструктуры, Москва, Международная научная конференция xi i i , Воронеж, Международная научнотехническая школаконференция Молодые учные , Москва. По результатам работы опубликовано 9 научных работ, из них 4 статьи в журналах и 5 трудов конференций. Личный вклад автора диссертационной работы заключается в изготовлении тонкоплночных структур, выполнении теоретических расчтов, и проведении экспериментальных исследований. ГЛАВА 1. Определение магнитоэлектрического эффекта. Магнитоэлектрический эффект состоит во взаимодействии между магнитным и электрическим полями в веществе. Е и Н электрическое и магнитное поле, соответственно. Я ,, Я,Я4 у,кН1Е . МАВ. Щ щ М1ЬР,Н1 аяЕ, ркЕ1Н1 у,кЕ,Ек . Р и Мз определяют спонтанную поляризацию и намагниченность, тогда как е1 и это диэлектрическая и магнитная восприимчивости. Тензор ау, соответствующий наведению поляризации магнитным полем или намагниченности электрическим, характеризует линейный МЭ эффект. Он дополняется МЭ эффектами более высокого порядка, которые вводятся тензорами Дд и уф Абсолютное большинство исследований по МЭ эффекту посвящены линейному МЭ эффекту. Магнитоэлектрический эффект допускается лишь определнными классами магнитной симметрии. Магнитоэлектрический тензор од нечтен по отношению к обращению времени Я и обращается в нуль в материалах без магнитной структуры. Поскольку Е полярный вектор, а Н аксиальный, то тензор а,к всегда обращается в нуль, если симметрия кристалла содержит инверсию I. Для существования МЭ эффекта инверсия допустима лишь в комбинации 1. И.Е.