Магнитоупругий эффект в слоистом композите PbZr0,53Ti0,47o3‑Mn0,4Zn0,6Fe2o4

А.А. Камынин, аспирант, Н.В. Геращенко, студент гр. ПФм-111

Кафедра физики твёрдого тела

Магнитоэлектрический (МЕ) эффект изучается более 60 лет и по-прежнему существует много неясностей как в теоретическом так и практическом аспекте, но только в последние годы практическое применение МЕ эффекта обещает дать ощутимые плоды [1]. Одним из перспективных объектов для изучения МЕ эффекта до сих пор можно считать слоистые композиты типа сегнетоэлектрик - ферромагнетик, где каждая из частей обладает своим параметром порядка. Поэтому целью данной работы было изучение эффекта Виллари в композите PZT-MZF. Образец для исследования был получен путем склеивания двух пластин, размерами 11х8х1 мм (PZT) и 8х8х0.5 мм (MZF), где PZT обладает пьезоэлектрическими, а MZF магнитострикционными свойствами. Для снятия отклика системы на композит наматывалась катушка (200 витков медной проволоки марки ПЭВ2 сечением 0.08 мм), с концов которой снималось напряжение. В итоге были получены следующие результаты.

Напряжение на катушке в зависимости от частоты проходит через явно выраженный пик, то есть наблюдается резонанс (рис. 1). Влияние внешнего постоянного магнитного поля на эдс (при фиксированной частоте) в катушке отражено на вставке рис. 1. Здесь также можно видеть рост напряжения с увеличением напряжённости постоянного магнитного поля. Причиной данного роста может служить перестройка доменной структуры MZF: при увеличении напряжённости внешнего магнитного поля, всё большее число доменов выстраивается по направлению поля, поэтому возрастает изменение магнитной индукции в MZF, которое наводит в катушке эдс.

Зависимость квадрата резонансной частоты, пропорционального модулю Юнга, от напряжённости магнитного поля дана рис. 2. Данная зависимость является немонотонной и обладает как минимумом, так и максимумом. Указанная особенность может быть связана с немонотонной зависимостью магнитострикционного коэффициента λ от магнитного поля [2], определяющей, по сути, поведение модуля Юнга. Стоит также отметить, что с увеличением амплитуды

Рис. 1. Зависимость напряжения на катушке от частоты электрического поля при разных магнитных полях. На врезке зависимость от магнитного поля при разных частотах.

сигнала, подаваемого с генератора на пластину PZT, зависимость становится менее выраженной, при этом кривая выходит на насыщение, что также может быть связано с перестройкой доменной структуры в феррите MZF. С увеличением амплитуды переменного электрического поля растёт деформация, передаваемая от PZT к MZF, поэтому домены в MZF становятся более зажатыми и менее поддающимися влиянию внешнего магнитного поля.

В

Рис. 2. Зависимость квадрата резонансной частоты от магнитного поля при разных амплитудах возбуждающего сигнала.

лияние амплитуды сигнала генератора на эдс в катушке показано на рис. 3. Эта зависимость является линейно возрастающей, поэтому можно полагать, что в MZF, скорее всего, проявляется пьезомагнитный эффект, а не магнитострикционный эффект. По-видимому, линейный рост зависимости обусловлен возрастающей деформацией, передаваемой MZF от PZT. В то же время, с увеличением напряжённости магнитного поля угол наклона прямой возрастает, а затем убывает.

Заметим, что подобная линейная зависимость позволяет использовать композит PZT – MZF в качестве понижающего преобразователя напряжения, коэффициент трансформации которого есть тангенс угла наклона прямой. Несложно видеть, что зависимость коэффициента трансформации от магнитного поля является нелинейной.

Рис. 3. График зависимости напряжения на катушке от амплитуды сигнала генератора.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 10-02-00336).

Литература

1. Kitagawa Y., Hiraoka Y., Honda T., Ishikura T., Nakamura H., Kimura T. // Nature Materials, 2010. V. 9. P. 797 – 802.

2. Белов К. И. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М.: Физматлит, 1987. 160 с.

УДК 537.32