Магнитоэлектрические и флексомагнитоэлектрические эффекты в мультиферроиках и магнитных диэлектриках

• Автор: Пятаков, Александр Павлович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 212 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Магнитоэлектрические явления в магнитоупорядоченных средах
1.1.1. Линейный МЭ эффект
1.1.2. Мультиферроики и магнитоэлектрические явления в них
1.1.3. Мультиферроики с пространственно модулированными спиновыми 27 структурами. Спин-флексоэлектрический эффект
1.1.4. Микроскопические механизмы магнитоиндуцированной электрической 32 поляризации
1.1.5. Магнитоэлектрические свойства интерфейсов ч
1.1.6. Доменные границы
1.2. Высокотемпературные мультиферроики и магнитоэлектрические материалы 40 перспективные для приложений
1.2.1. Перовскитоподобные мультиферроики. Феррит висмута.
1.2.2. Другие высокотемпературные магнитоэлектрические материалы
1.3. Возможные практические применения магнитоэлектрических материалов
1.3.1. Сенсоры магнитного поля
1.3.2. Электрически переключаемые постоянные магниты
1.3.3. Устройства магнитной памяти и спиновой электроники
1.3.4. Устройства СВЧ техники, магноники и магнитофотоники
1.3.5. Беспроводная передача энергии и энергосберегающие технологии
Выводы к обзору литературы
ГЛАВА 2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И
МАГНИТНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СЕГНЕТОМАГНЕТИКЕ В1ЕеОз
2.1. Симметрийный подход к описанию сегнетоэлектрических, магнитных и 71 магнитоэлектрических свойств ВИ’еОЗ
2.2. Микроскопический механизм возникновения неоднородного 77 магнитоэлектрического взаимодействия в феррите висмута и перовскито-подобных материалах
2.3. Термодинамический потенциал мультиферроика. Пространственно 81 модулированная спиновая структура (ПМСС)
2.4. Индуцированный магнитным полем фазовый переход: Спиновая циклоида - 87 однородное антиферромагнитное состояние
2.5. Магнитно-резонансные исследования феррита висмута
2.5.1. Измерения спектров антиферромагнитного резонанса в сильных магнитных 93 полях. Экспериментальная установка
2.5.2. Результаты измерений АФМР спектров в сильных магнитных полях
2.5.3. Теоретический анализ спектров антиферромагнитного резонанса
2.6. Возникновение слабого ферромагнетизма при разрушении пространственно 100 модулированной структуры в сильных полях
2.6.1. Экспериментальная зависимость
2.6.2. Теоретический анализ кривой намагничивания
2.7. Скачки электрической поляризации при магнитоиндуцированном фазовом 105 переходе с подавлением циклоиды. Спин-флексоэлектрический эффект

2.8. Подавление спиновой циклоиды в пленках феррита висмута. Фазовый переход, индуцированный механическим напряжением 2.9 Выводы к главе

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ
МИКРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУР
3.1. Магнитоэлектрические свойства доменных стенок в пленках феррит - 117 гранатов
3.1.1. Исследуемые образцы
3.1.2. Методика эксперимента
3.1.3. Перемещение магнитных доменных границ под действием электрического 125 поля
3.1.4. Обсуждение экспериментальных результатов. Теоретическая модель явления
3.1.5. Наклон плоскости доменных границ в электрическом поле
3.1.6. Переключение электрической полярности доменных границ в пленках 138 феррит-гранатов с помощью магнитного поля
3.2. Электрическая поляризация микромагнитных структур размерности 144 меньшей двух
3.2.1. Магнитный вихрь в электрическом поле
3.2.2. Линия Блоха
3.2.3. Точка Блоха
Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. МАГНИТОИНДУЦИРОВАННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ПОЛЯРИЗАЦИЯ В НЕПОЛЯРНЫХ СРЕДАХ БЕЗ ЦЕНТРА СИММЕТРИИ
4.1. Кристаллическая структура и симметрия редкоземельных боратов
4.2. Магнитная симметрия ниже антиферромагнитного фазового перехода в 158 редкоземельных ферроборатах
4.3. Магнитная анизотропия и фазовые переходы в редкоземельных 163 ферроборатах
4.3.1. Ферроборатыс анизотропией типа легкая ось. Спин-флоп.
4.3.2. Ферробораты с анизотропией типа легкая плоскость
4.3.3. Ферробораты с конкурирующими магнитными анизотропными
взаимодействиями
4.4. Различные факторы, влияющие на величину магнитоэлектрических 175 эффектов в редкоземельных ферроборатах
4.4.1. Вклады подсистем ионов редкой земли и ионов железа в 175 магнитоэлектрические и магнитоупругие свойства ферроборатов
4.4.2. Связь анизотропии редкоземельного иона с величиной магнитоэлектрических 177 эффектов в ферроборатах
4.4.3. Проявление поля f-d обмена в полевых зависимостях магнитоэлектрической 177 поляризации.
Выводы к главе 4
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список сокращений, используемых в диссертации
АСМ - атомно-силовая микроскопия (атомно-силовой микроскоп)
АФМР - антиферромагнитный резонанс ВБЛ - вертикальная линия Блоха ДГ — доменная граница МЭ - магнитоэлектрический (-ая) (-ое)
ПМСС - пространственно модулированная спиновая структура РЭМ - растровая электронная микроскопия
СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия (сканирующий зондовый микроскоп)
сквид — сверхпроводящий квантовый интерферометр цмд - цилиндрический магнитный домен ЭОП - электронно-оптический преобразователь
Р-четность (нечетность) - пространственная четность (инвариантность относительно инверсии)
Т-четность (нечетность) - временная четность (инвариантность относительно инверсии времени)

образованию запрещенной зоны и возникновению сильного магнитоэлектрического эффекта, определяемого постоянной тонкой структуры а= 1/137 [145]. Подобное магнитоэлектрическое взаимодействие рассматривалось ранее в физике элементарных частиц в связи с электродинамическими свойствами гипотетической частицы аксиона
Рис. 1.11 Магнитоэлектрические свойства интерфейсов: между электродами из железа (Ре) или кобальта (Со) и ЬамЗгшМпОз (Ь5МО) расположен нанометровый слой титаната бария (ВТО)
a) сопротивление такой структуры зависит от направления поляризации Р в ВТО, также как и от взаимного направления намагниченностей М в электродах [140];
b) Спектры рассеяния на ионах титана зависят от направления циркулярной поляризации рентгеновского излучения [140].
Явления, проявляющиеся на интерфейсах, создают дополнительные возможности и в композитных системах, когда характерные размеры слоев составляют несколько межатомных расстояний. В этом случае фазы композита влияют на внутреннее строение и свойства друг друга и магнитоэлектрические свойства появляются не только на границах, но и в объеме такого материала - многослойная структура из сегнетоэлектрика и ферромагнетика становится эффективным мультиферроиком (рис. 1.12 а) [147]. Наконец, для того чтобы создать необходимое для магнитоэлектрических эффектов нарушение центральной симметрии, не обязательно использовать сегнетоэлектрические слои -достаточно создать сверхрешетку из трех различных магнитных компонентов [148-150]: чередующиеся в одном и том же порядке слои выделяют полярное направление А->В->С
[146].
(рис. 1.12 6).