Исследователи обобщили информацию о магнитоэлектрическом эффекте

Российские ученые обобщили теорию о магнитоэлектрическом эффекте — явлении, при котором возникает электрическое поле в материале при помещении его в магнитное. Это упростит разработку приборов, основанных на этом эффекте, так как ранее были только разрозненные данные по этой теме. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликовано в журнале Materials.

Магнитоэлектрический эффект — это явление, при котором возникает электрическое поле в материале при помещении его в магнитное. Он позволяет управлять электрическими свойствами материала с помощью магнитного поля. Этот эффект наблюдается в слоистых структурах с достаточно сильными магнитоэлектрическими свойствами, например, в слоистой структуре на основе ферромагнитного металла (Fe, Ni, Co) и пьезокерамики. Он имеет важное значение в различных областях, включая магнитооптику, квантовую электронику, а также в устройствах хранения данных, таких как магнито-оптические диски.

Исследованию магнитоэлектрического эффекта в низком и высоком диапазонах частоты уделяется большое внимание, так как это перспективная область разработки новых электронных устройств, таких как датчики тока и магнитного поля. Основным элементом этих новых устройств является симметричная или асимметричная структура магнитоэлектрического эффекта. Причем величина этого эффекта определяется параметрами компонентов, которые входят в уравнение его расчета. Поэтому разработка каждого такого устройства начинается с анализа магнитоэлектрической слоистой структуры, на основе которой планируется создать новый прибор.

Ученые из Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого представили общую теорию магнитоэлектрического эффекта в различных слоистых структурах и в широком диапазоне частот, включая область электромеханического резонанса, то есть при максимальной амплитуде механических и электрических колебаний. Авторы получили выражения для расчета коэффициентов напряжения магнитоэлектрического эффекта для симметричных и асимметричных структур. Они могут использоваться при разработке датчиков магнитных полей и других магнитоэлектрических приборов. Исследователи рассмотрели эффект изменения упругих свойств материала в таком состоянии, в котором он изменяет свою форму под воздействием магнитного поля. В последнее время активно изучается возможное использование датчиков магнитного поля для обнаружения магнитных сигналов от сердца и мозга. Эти сигналы представляют собой магнитные поля малой амплитуды и низкой частоты. Магнитоэлектрические датчики магнитного поля на основе эффекта изменения упругих свойств преодолевают эти ограничения и хорошо подходят для применения в биомедицине.

«Наша статья очень важна для разработчиков новых магнитоэлектрических приборов. В настоящее время еще не выпускают серийные магнитоэлектрические устройства, хотя есть очень много публикаций об исследованных макетах. Поэтому разработчикам-инженерам довольно трудно разобраться в теории этого вопроса, и мы решили представить в статье основные формулы для главного параметра будущих приборов — магнитоэлектрического коэффициента», — рассказывает руководитель проекта Мирза Бичурин, заведующий кафедрой проектирования и технологии радиоаппаратуры Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».