NFO复合磁电效应模拟.pdf

第 31卷 第 5期 计 算 物 理 Vo1．31．No．5 2014年 9月 CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONALPHYSICS Sep．，2014 文章编号：1001-246X(2014)05-0587-06 2-2型 PMNT／NFO复合磁 电效应模拟 杨焕银， 樊冬梅 ， 郭红力 (长江师范学院凝聚态物理研究所，重庆 涪陵 408100) 摘 要：利用弹性力学模型，基于铁电相与铁磁相的本构方程，建立磁 电复合材料的本构方程，推导22·型非理想 耦合 的磁 电双层、三层复合薄膜 的纵 向、横 向磁 电(ME)电压系数．研究铁磁相材料铁酸镍 (NFO)和铁 电相材料铌 镁酸铅一钛酸铅 (PMNT)复合的磁 电效应，分析复合材料的磁 电电压系数与PMNT体积分数、界面耦合参数、两相体 积 比及复合总层数的关系．结果表明两相材料的性能、体积分数以及耦合系数 、复合层数都影响磁 电电压系数． 关键词 ：磁 电效应 ；耦合 ；复合材料 ；本构方程 中图分类号 ：0482．5 文献标志码 ：A O 引言 磁电复合材料的磁电效应 (ME)是指在外加 电场下复合材料发生磁化 ，或者在外加磁场下发生极化的 现象 ¨]．它是一种兼具 电磁伸缩性能和电致伸缩性能的特殊材料 ，是按照一定 的复合结构 (即通过加和效应 或者耦合乘积效应)得到的一种性能远高于单相磁 电材料或产生单相材料所没有的磁 电效应的新型材 料 ]．根据复合结构的不同，磁 电复合薄膜分为 I．3型柱状磁 电复合薄膜 “，0-3型颗粒磁 电复合薄膜 以及 2-2型层状磁 电复合薄膜 ．由于磁电复合材料是由铁电相和铁磁相材料构成 ，而铁电材料必须是绝缘 体 ，铁磁相材料一般是金属 ，电阻率较低 ，因此在复合的时候容易出现渗流 ，且两相在复合的时候存在晶格的 位错和畸变 ，因此铁电和铁磁相复合材料在物理性质 、结构特征 、电子特性等方面都会受到一定的限制，这说 明多铁性的形成是诸多元素竞争的结果．2．2型磁电复合薄膜由铁磁相膜层和铁电相膜层层叠构成．与前两 种结构相比，2-2型磁电复合薄膜的最大优点是 电阻率很高的铁电相膜层能够完全阻断磁性相膜层之间的 连通 ，使得材料整体的漏电流较小 ，有利于磁 电性能的提高磁 电效应为发展新一代高性能的磁电功能器件 提供 了可能，可以用来制作类型多样 的新型磁控或者电控亦或同时磁控．电控器件．除此之外 ，它还兼具磁致 伸缩性和压电性，所以具有较高的介 电常数和磁导率，可 以用这类材料来制成小型或微型的多功能电磁器 件．因此，磁电复合材料正逐渐成为磁电材料研究的热点 ． 磁 电耦合效应的工作原理可以概括为 ：外加磁场下磁致伸缩相的变形引发 内应力，此应力通过两相间界 面传递到铁 电相 ，由于铁电相的受力形变会产生极化 ，这一极化会在界面上产生表面电荷．磁 电复合薄膜制 备方面 ，不 同研究者做 了大量的工作 ．2008年 Zhang12]用 PLD方法在 SrTiO 单 晶基 片上沉积 厂Pb (zr0．，：Ti¨。)O(PZT)／SrRuO／CoFe：O 复合薄膜．它以PZT薄膜作为缓冲层，缓解 了表面张力，增强了层 间界面处的耦合 ，提高了复合薄膜 的磁 电耦合性能．同年 ，Zhong¨等采用溶胶 一凝胶技术在 Pt／Ti／SiO：／Si (100)基片上沉积了Bi，．，Nd Ti，0，(BNT)和 CoFeO (CFO)磁电复合薄膜 ，根据沉积顺序的不同，分别得 到 BNT／CFO／基片 (BC)和 CFO／BNT／基片 (CB)薄膜．研究发现 ，BC薄膜表面平滑致密．而 CB复合薄膜 的 漏 电流密度 比BC复合薄膜的低 ，绝缘性较好．同时磁电测试发现，BC复合薄膜和 CB复合薄膜 的磁电电压 系数最大分别为91mV·cm～ ·Oe 和84mV·cm一 ·Oe一．不同的沉积方式造成B与 C界面的耦合程度不 同，造成了致密度较好的CB复合薄膜的磁 电性能高于 BC复合薄膜．我们实验制备 PMNT与 CFO多层磁 电 收稿 日期 ：2013—09—15；修 回日期 ：2014—02—28 基金