1. Была предложена модель для описания магнитоэлектрического взаимодействия в многослойных композитных магнитоэлектрических структурах и для расчета магнитоэлектрического коэффициента в них. Все расчеты производились в приближении малых колебаний, замкнутой цепи и при учете лишь гармонических колебаний в структуре. С помощью данной модели были выведены формулы для магнитоэлектрических коэффициентов двухслойных и трехслойных структур типа магнитострикционный слой-пьезоэлектрик-магнитострикционный слой. В формулах учитываются следующие параметры: размеры и толщины слоев, константы магнитострикции и пьезоэффекта, параметры жесткости и упругости слоев, диэлектрическая и магнитная проницаемости. Из полученных формул следует, что величина коэффициента линейно зависит от величины магнитного поля и магнитной проницаемости магнитострикционных слоев, пьезомагнитному коэффициенту и константе пьезоэффекта. Обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости слоев. На примере структуры терфенол-ЦТС было показано, что максимальная величина магнитоэлектрического коэффициента достигается при соотношении толщин слоев как 1 к 2. полученная величина коэффициента 350 мВ/Э*см соответствует экспериментальным данным.

2. Были исследованы структуры типа ЦТС-феррит лития для определения величины сдвига частоты ферромагнитного резонанса при приложении электрического поля к пьезоэлектрическому слою. Измерения проводились для различных направлений кристаллографических осей образца. Кроме зависимости частоты резонанса от приложенного напряжения также измерялись полевые зависимости резонанса. Частотный диапазона измерений был от 1 ГГц до 80 ГГц. Магнитное поле прикладывалось в диапазоне от 0 до 15 кЭ, а электрическое поле в диапазоне от -500 до 500 В. Для первого образца была, прежде всего, измерена полевая зависимость, которая, как оказалось, имеет строго линейный характер. Электрическая поляризация образцов напряжением в диапазоне от -500 до 500 В приводила к сдвигу резонансной частоты ФМР (измерения проведены в поле 6470 Э). Максимальный сдвиг достигал порядка 20 МГц при напряжении -500 В. Эффект оказался нечетным по знаку приложенного напряжения. Для второго образца максимальный сдвиг резонансной частоты в поле 2660 Э также достигнут при приложении -500 В и равнялся ~40 МГц. При при приложенном напряжении +500 В сдвиг составил ~ 10 МГц. Для третьего образца максимальный сдвиг в поле 6470 Э составлял ~8 Мгц при приложении -500 Э. Измерения на всех образцах проведены в планарной геометрии (магнитное поле действовало в плоскости образца).

3.Были изготовлены двух и трехслойные структуры, где в качестве магнитного слоя был аморфный магнитный сплав Fe_90.3Ni_1.5Si_5.2B₃ а в качестве пьезоэлектрического слоя цирконат-титаната свинца. Толщина аморфного сплава 40 мкм, а ЦТС 200 мкм. Пьезоэлектрик поляризован перпендикулярно плоскости образца. Образцы имели форму дисков. Были измерены частотные зависимости магнитоэлектрического коэффициента. Для двухслойной структуры наблюдалось 2 резонансных пика с = 0.94 В на частоте 8.24 кГц, до = 0.16 В на частоте 170 кГц. Добротности резонансов равнялись 190 и 139, соответственно. Для трехслойного образца измерения показали отсутствие низкочастотного резонанса, соответствующего изгибным колебаниям структуры, в то время как резонанс на планарных колебаниях. Для трехслойной структуры = 0.24 В на частоте 173.6 кГц. Добротность резонанса составляла 85. Величина МЭ коэффициента для структур ≈ 0.84 В/Э*см. В резонансе из эксперимента следует что величина МЭ коэффициента на частоте изгибных колебаний имеет значение ≈ 160 В/Э*см а на частоте планарных колебаний значение ≈ 117 В/Э*см для двухслойной структуры.

4. Была изготовлена структура с двумя различными магнитными слоями со сравнимыми по величине γ=30*10^-6, но противоположными по направлению константами магнитострикции. Были измерены зависимости магнитострикции от магнитного поля, частотные зависимости магнитоэлектрического коэффициента. Из графиков видно что такого рода структуры эффективно подавляют планарные колебания, а величина изгибных колебаний возрастает. Частота изгибных колебаний f₁ = 5.12 кГц, амплитуда u₁ = 2.54 и добротность Q₁ = 61. Величина магнитоэлектрического коэффициента на этой частоте αE₁ ≈ 18 В/Э*см, что в полтора раза больше чем для двухслойной структуры, изготовленной из таких же материалов.

Проведена оценка упругих свойств (скорости звука и модулю Юнга) ряда аморфных сплавов использованных при создании композитных образцов.

Из проведенных экспериментов следует, что для увеличения величины магнитоэлектрического эффекта на частоте резонанса изгибных колебаний и нейтрализации продольных, необходимо использовать материалы с противоположными по знаку константами магнитострикции, а для увеличения продольных и демпфирования изгибных наоборот материалы с одинаковыми по знаку константами магнитострикции. Кроме того, теоретические расчеты и моделирование показывают, что максимального эффекта можно добиться если взять материал с маленькой диэлектрической проницаемостью или большой магнитно проницаемостью. Также доказано, что максимальный МЭ эффект достигается при соотношении толщин магнитного и пьезоэлектрического слоев как 1 к 2.

1.      Н.С.Перов, Л.Ю.Фетисов, Ю.К.Фетисов “Резонансное магнитоэлектрическое взаимодействие в несимметричной биморфной структуре ферромагнетик-сегнетоэлектрик” Письма в ЖТФ 37 (6)(2011) 1-7.

2.      L. Y. Fetisov, N. S. Perov, Y. K. Fetisov, G. Srinivasan, V. M. Petrov “Resonance magnetoelectric interactions in an asymmetric ferromagnetic-ferroelectric layered structure” JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 109 (2011) 053908.

3.      В.В.Родионова, Н.С.Перов «Системы магнитостатически взаимодействующих микропроводов и новые возможности их применения» Физическое образование в ВУЗах 17(1)(2011) П49.(Труды конференции-конкурса молодых физиков).

4.      Фетисов Л.Ю. Перов Н.С. Фетисов Ю.К., «Магнитоэлектрический эффект в мультиферроидной структуре никель -цирконат титанат свинца – аморфный магнитный сплав», Тезисы докладов 19 Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков, Москва 20-23 июня 2011 года, стр 194.

5.      Nikolai Perov, Valeria Rodionova, Anna Semisalova, Effect of non-uniformity of magnetic field distribution on domain movement, book of abstract of Conference «Soft Magnetic Materials» (SMM-20, Kos, Greece, September 18-22, 2011), p. 464.

6.      N.S. Perov, E.Yu. Kramarenko, G.V. Stepanov, A.S. Semisalova, T.A. Andrianov, Intelligent magnetic-field tunable Fe-based composite magetoelastic materials, book of abstract of Conference «Soft Magnetic Materials» (SMM-20, Kos, Greece, September 18-22, 2011), p. 352.

7.      V. Rodionova, N. Kudinov, A. Zhukov, N. Perov, Interaction of bistable glass-coated microwires in different positional relationship, book of abstract of Hysteresis Modeling and Micromagnetics 2011 (Levico, Italy, May 9-11 2011), WBP-06.