Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Бичурин М И, Петров В М,
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе разработаны модели, описывающие особенности MЭ взаимодействия в двухслойных наноструктурах феррит-ЦТС на низких частотах и в области ЭМР. Выражения для MЭ коэффициентов получены с использованием решения уравнений эластостатики, эластодинамики, электростатики и магнитостатики. ME коэффициенты по напряжению оцениваются по известным материальным параметрам. Данные модели учитывают эффект зажатия подложки, изгибных деформаций образца и эффекта несоответствия кристаллических решеток между фазами структуры и подложкой. Эффект несоответствия кристаллических решеток учтен при использовании классической феноменологической термодинамической теории Ландау-Гинзбурга-Девоншира. Оценена Максвелл-Вагнерская релаксация МЭ параметров феррит-пьезоэлектрических композитов.
Для двухслойной наноструктуры ФН-ЦТС на подложке из SrTiO3 МЭ эффект существенно слабее, чем для толстых пленок из-за сильного эффекта зажатия подложки. Однако, учет изгибных деформаций ведет к уменьшению скорости изменения МЭ коэффициента по напряжению при увеличении толщины подложки, по сравнению со случаем, когда изгибные деформации не учитываются. Для увеличения MЭ коэффициентов, наноструктура может быть зажата с помощью фиксатора, который позволит получить ненулевые Z-компоненты напряжений (перпендикулярно поверхности раздела). В этом случае зажатие подложки значительно уменьшается, поскольку MЭ коэффициенты определяются продольными пьезоэлектрическими и пьезомагнитными коэффициентами. Тем не менее, описанная структура, является слишком сложной для реализации на наноструктурах.
Показано, что в области электромеханического резонанса наблюдается резонансная зависимость МЭ коэффициентов двухслойной магнитострикционно-пьезоэлектрической наноструктуры. Максимальное значение МЭ коэффициента по напряжению на изгибной моде приблизительно в два раза превышает его значение для продольной моды для достаточно толстой подложки.
Чтобы избежать сильного эффекта зажатия подложки, в качестве альтернативы может быть использована столбчатая наноструктура из магнитострикционного материала в пьезоэлектрической матрице. Эффект зажатия подложки незначителен для наностолбиков из ФН в матрице из ЦТС на подложке из MgO при условии, что длина столбиков значительно больше их радиуса. В то же время, эффект шунтирования низким сопротивлением магнитного материала может уменьшить пьезоэлектрическую поляризацию и нарушить условие разомкнутой цепи. Целесообразно использовать магнитострикционные материалы с высоким сопротивлением, такие как ферриты.
Представлен анализ МЭ эффекта в области магнитного резонанса для двухслойной феррит-пьезоэлектрической наноструктуры. Показано, что сильный МЭ эффект в диапазоне СВЧ наблюдается в композитах на основе магнитной фазы, которая имеет большую магнитострикцию и малую намагниченность насыщения. Обнаружена резонансная зависимость высокочастотной магнитной восприимчивости композиционных феррит-пьезоэлектрических материалов от постоянного электрического поля, обусловленная изменением энергии магнитной анизотропии во внешнем электрическом поле. Построена теоретическая модель, позволяющая определить МЭ коэффициент по напряжению феррит-пьезоэлектрической наноструктуры в области магнитоакустического резонанса. Обнаружена резонансная зависимость МЭ коэффициента по напряжению слоистого феррит-пьезоэлектрического материала в области перекрытия линий механического и магнитного резонансов. Вычисления для параметров двухслойной структуры из НФ-ЦТС и ЖИГ-ЦТС предсказывают МАР при частоте 5–10 ГГц и МЭ коэффициент по напряжению порядка 80–480 В/(см Э). Влияние несоответствия кристаллических решеток подложки и слоев структуры можно учесть с помощью феноменологической термодинамической теории Ландау-Гинзбурга-Девоншира.
Результаты данной работы могут иметь важное практическое значение для создания устройств на основе феррит-пьезоэлектрических наноструктур. СВЧ устройства на основе МЭ эффекта имеют уникальные преимущества перед традиционными ферритовыми и полупроводниковыми аналогами. Слоистые структуры можно применять для изготовления электроуправляемых микроволновых фазовращателей, устройств на явлении ФМР, магнитоуправляемой электрооптики, пьезоэлектрических устройств, датчиков магнитного поля широкого диапазона, «умных» датчиков, исполнительных механизмов и магнитоэлектрических устройств памяти.