多铁性磁电器件研究进展

多铁性材料可以实现力、电、磁等多物理场之间的相互耦合,在小尺寸、快速响应和低功耗的磁电器件领域具有重要的应用前景.在应用需求的推动下,以具有磁电耦合效应的多铁性材料为基础的磁电器件在设计、微纳加工和性能优化等方面的研究取得了持续的进展.本文简要介绍了基于磁电耦合效应的几种原型器件的最新进展,包括可调谐电感、滤波器、磁电存储器、能量回收器、磁电传感器和磁电天线等,分析总结了各种磁电器件的工作原理及其性能表现,讨论了当前多铁性磁电器件研究所面临的问题和挑战,并提出了改进磁电器件性能的研究方向.     

巨磁电阻效应实验仪的研制与应用

阐述了巨磁电阻效应实验原理、实验内容和实验方法,该仪器可测量巨磁电阻阻值与磁感应强度关系,并与正常磁电阻、坡莫合金磁电阻特性进行比较,仪器还提供巨磁电阻传感器特性测量及系列应用实验供教学使用.     

磁电异质结及器件应用

磁电异质结是由铁磁和铁电材料通过连接层耦合而成,其磁电效应来源于铁电相的压电效应和铁磁相的磁致伸缩效应.相对于颗粒混相磁电复合材料,层状磁电异质结材料具有更高的磁电耦合系数和更低的介电损耗,使得其在磁场传感器、能量收集器、天线以及存储器等领域都有着巨大的应用前景.本综述重点总结了磁电异质结材料的发展历程以及相关应用领域的最新进展,最后评述了磁电异质结材料发展的挑战和前景展望.     

磁电子学器件应用原理

本文介绍几种重要的磁电子器件的基本结构和工作原理,包括巨磁电阻与隧穿磁电阻传感器、巨磁电阻隔离器、巨磁电阻与隧穿磁电阻硬盘读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋转移磁化反转与微波振荡器。自旋晶体管作为未来磁电子学或自旋电子学时代的基本元素,目前大都还处在概念型阶段,本文也将对几种自旋晶体管的大致原理作简要介绍。     

磁电子学器件应用原理

本文介绍几种重要的磁电子器件的基本结构和工作原理,包括巨磁电阻与隧穿磁电阻传感器、巨磁电阻隔离器、巨磁电阻与隧穿磁电阻硬盘读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋转移磁化反转与微波振荡器。自旋晶体管作为未来磁电子学或自旋电子学时代的基本元素,目前大都还处在概念型阶段,本文也将对几种自旋晶体管的大致原理作简要介绍。     

磁电效应研究进展

多铁体(multiferroic)和磁电体(magnetoelectric material)最近几年已迅速成为物理界和材料界的研究热点,其潜在的应用价值必将随着未来的深入研究而得到进一步展现.围绕磁电效应这一多铁体和磁电体最重要的特性,本文介绍了近期理论和实验研究的多方面进展,其中重点评述了有关磁电效应产生机制,特别是一些新颖机制如界面磁电效应,表面磁电效应,电子型多铁性,螺旋自旋(spiral spin)铁电性,铁涡性(ferrotoroidic)和一些广义磁电效应如拓扑磁电效应等的相关研究.文章最后介绍了基于多铁体和磁电体的一些新型功能性器件,如四态存储器,多铁性内存,磁读电写硬盘等.     

磁电效应研究进展

多铁体(multiferroic)和磁电体(magnetoelectric material)最近几年已迅速成为物理界和材料界的研究热点,其潜在的应用价值必将随着未来的深入研究而得到进一步展现。围绕磁电效应这一多铁体和磁电体最重要的特性,本文介绍了近期理论和实验研究的多方面进展,其中重点评述了有关磁电效应产生机制,特别是一些新颖机制如界面磁电效应,表面磁电效应,电子型多铁性,螺旋自旋(spiral spin)铁电性,铁涡性(ferrotoroidic)和一些广义磁电效应如拓扑磁电效应等的相关研究。文章最后介绍了基于多铁体和磁电体的一些新型功能性器件,如四态存储器,多铁性内存,磁读电写硬盘等。     

铁电/铁磁三相颗粒复合材料的磁电性能计算

采用格林函数方法给出了三相复合材料的磁电系数的解析式，对稀土-铁合金/压电陶瓷/高分子（Terfenol-D/PZT/PVDF）三相颗粒复合材料的磁电系数进行了计算.计算结果给出了复合材料的磁电性能与材料显微结构的关系，包括三相颗粒复合材料的磁电性能随组分、颗粒的长径比、PZT颗粒的电极化方向以及外磁场的变化趋势，可为实验设计提供参考和指导.通过合理设计，三相磁电复合材料的性能可以达到数百mV/A.作为一种新的磁电复合材料，三相颗粒复合材料有望成为一种新型高性能易制备的磁电材料. 关键词： 磁电效应 复合材料 格林函数     

Terfenol-D/PZT磁电复合材料的磁电相位移动研究

采用粘合法制备了叠层结构的块体Terfenol-D/PZT磁电复合材料,测量了不同频率下的磁电回线,采用新的极坐标下的方式做图.从极坐标下的磁电回线中可以看出,随直流磁场的变化,非谐振频率下的磁电相位发生了轻微移动,移动幅度随频率的增加而增加;而在谐振频率下,伴随着巨磁电效应,磁电相位发生了显著移动,移动幅度达到了近90°.与粉末Terfenol-D/环氧树脂/PZT磁电复合材料对比之后表明,非谐振频率下块体Terfenol-D/PZT的磁电相位移动主要由涡流引起;而谐振频率下大幅度相位移动则主要来源于Terfenol-D的磁致弹性变化.     

动态法测量材料的磁电效应

根据动态法测量磁电效应的基本原理,优化设计并建立了磁电效应测量系统,对其中的一些重要参数对磁电效应测量的影响进行了研究.结果表明,综合考虑测量需要,选择适当的测量参数,对于磁电效应的正确测量十分重要.适当增加线圈长度、减小线圈匝数以及减小交变磁场场强,都是提高磁电效应测量精度、减小测量误差的有效途径.     

ECR等离子体的磁电加热研究

在ECR等离子体装置上进行了磁电加热研究,利用离子灵敏探针(ISP)测量了磁电加热前后离子温度的变化,研究了电极环偏压、磁场强度、气压等参数对磁电加热过程以及加热效率的影响.结果表明:等离子体的整体加热是通过离子在电极环鞘层中的磁电加热及被加热的离子沿径向的输运来完成的.轴心处离子温度随电极环偏压的升高呈非线性增加.磁电加热效率随偏压的增大而增大,在电极环偏压为1000 V时,磁电加热效率为2%-2.5%,ECR等离子体中的离子温度能够提高20 eV以上.磁场强度在磁电加热过程中对离子的限制和加热起到重要作用,当磁场强度在6.3×10^-2-8.7×10^-2T之间变化时,磁电加热的效率随磁场强度的增大而增大.气压在0.02-0.8 Pa范围内,磁电加热的效率随气压的减小而增大. 关键词： ECR等离子体 磁电加热 离子温度     

伸缩-剪切模式自偏置铌酸锂基复合材料的磁电性能和高频谐振响应

选用多种切型铌酸锂(LiNbO_3)单晶,研究了铁基非晶合金(Metglas)/LiNbO_3叠层复合材料基于伸缩-剪切模式的磁电耦合性能,揭示了铌酸锂单晶压电系数与复合材料剪切磁电耦合系数的对应关系,在使用铌酸锂xzt/30~?切型时得到了最优化剪切磁电系数.通过SrFe12O19薄磁带提供偏置磁场,Metglas/LiNbO_3磁电复合材料可在没有外加直流磁场时实现剪切磁电响应,并在0.991 MHz和3.51 MHz频率时分别测出了谐振磁电系数,有望将铌酸锂基剪切磁电复合材料用于高频磁场探测.     

纵向极化与磁化叠层复合材料磁电效应理论及计算

基于纵向极化压电材料及纵向磁化磁致伸缩材料的压电和压磁方程与磁电元件运动方程,给出磁电元件开路电压表达式;鉴于压电材料高输出阻抗的特点,考虑测试仪器的有限输入阻抗和传输信号引线电缆电容,通过建立等效电路模型推出了非开路情况下磁电电压计算式,取不同材料参数对磁电电压进行了数值计算.研究表明,材料参数、电路参数对输出电压均产生影响.对磁伸材料两端面受非均匀偏置磁场产生外力的非自由边界磁电效应进行研究发现,恒外力作用使压电元件产生不可检测的稳恒电压. 关键词： 纵向极化 磁电效应 磁电元件 层叠材料     

磁电薄膜与微波作用研究

建立了双层磁电复合薄膜模型,当磁电材料尺寸可以与微波波长相比拟时,微波在传播方向上的偏导不为零,得到了微波与磁电材料作用的非齐次偏微分方程,并在谐振条件下对该方程进行了解析求解.推导出磁电系数和材料等效电学参数的解析表达式,结果表明磁电材料的磁电系数多出相关的耦合项,其大小不但与材料本身参数有关,还与微波在材料中的波速有关;等效导纳多出的耦合项与微波的频率有关.     

2-2型PMNT/NFO复合磁电效应模拟

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2-2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-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.     

对称磁电层合板磁电转换效应理论研究

磁致伸缩和压电层合材料通过磁致伸缩和压电效应的乘积可以获得大的磁电效应.通过材料的力学本构方程，建立了对称磁电层合板磁电耦合的静态力学模型；采用ANSYS 80多物理场有限元分析软件，对层合结构的磁电转化效应进行了数值计算，并与理论计算值进行了对比.研究结果表明：磁致伸缩/压电的厚度比增加使磁电电压系数增大；所推导的磁电电压系数公式的计算值与等效电路模型推导的公式计算值符合很好；有限元数值计算结果介于两种模型的计算结果之间. 关键词： 磁电效应 层合板 本构方程 有限元分析     

巨磁电阻效应及应用设计性物理实验的研究

测量巨磁电阻阻值与磁感应强度的关系,研究巨磁电阻效应特性,介绍巨磁电阻效应的物理原理、实验方法及应用,该近代物理学的研究成果,可作为大学物理实验教学内容.     

铁电/铁磁1-3型结构复合材料磁电性能分析

磁致伸缩和压电复合材料通过机械力作用可获得较大的磁电效应，由Terfenol-D粉末与树脂黏接剂构成压磁相，和压电陶瓷PZT黏结在一起，形成1-3型柱状阵列结构，可获得很大的磁电转换系数.采用有限元方法，对此结构的复合材料进行静态分析.复合材料的介电常数和磁电系数的计算结果和实验数值一致，得到样品中应力、应变和电极化分布情况及其关系，并给出进一步提高磁电转换系数的途径，该种复合方式有望成为一种新型高性能的磁电结构. 关键词： 复合材料 磁电效应 有限元     

磁场作用下PMN-PT/CFO的磁电效应研究

在弹性力学模型下,推导非理想耦合状态的磁电(ME)电压系数公式.利用CFO随磁场变化的磁致伸缩特性,得到PMN-PT与CFO复合材料的磁电电压系数随磁场以及各参量的变化关系公式.研究了磁电电压系数在磁场下随磁场强度、压电相体积分数v、界面耦合系数k以及PMN-PT介电常数之间的变化关系.研究结果发现:磁电电压系数随PMN-PT体积分数和磁场强度的增大,表现为先增大,后逐渐减小至零;磁电电压系数强烈地依赖于界面耦合系数,耦合系数减小会极大降低复合材料的磁电效应;同时,磁电效应具有一定的频率特性,随着频率的逐渐增大而增大,直至达到稳定.     

磁电子学讲座 第六讲 巨磁电阻效应在信息存储等领域中的应用

用巨磁电阻材料构成磁电子学新器件，已开始在信息存储领域成功地获得了应用．文章介绍了用于计算机硬磁盘驱动器的巨磁电阻磁头和巨磁电阻随机存储器，描述了它的工作原理、性能特点及发展趋势．指出巨磁电阻材料在传感器方面的应用也令人瞩目，有着广阔的市场前景．