Достигнуто существенное продвижение в области экспериментов по магнитооптическому наблюдению микромагнитных структур, а также в создании программ микромагнитного моделирования. Создана численная модель устройства на основе магнитной наночастицы с вихревым состоянием намагниченности и сделаны первые оценки характеристик устройств спинтроники принцип работы которых основан на неоднородном магнитоэлектрическом эффекте.
Получены предварительные результаты для величины магнитоэлектрического взаимодействия в рамках модели слоистой композитной гетероструктуры пьезоэлектрик-ферромагнетик. Измерены величины магнитоэлектрического преобразования на на двух и трехслойных структурах PZT-аморфный сплав, показано, что эффективность преобразования в двухслойной структуре оказалась выше. Предложена качественная модель, объясняющая полученные результаты.
Подготовлены ленты и пленки различных ферромагнитных сплавов, как аморфных так и поликристаллических, на основе которых планируется разработка новых композитных образцов мультиферроиков, проведены измерения их магнитоупругих свойств. Отобраны материалы для изготовления композитных трехслойных структур на основе ферромагнетиков с различными константами магнитострикции, изготовлены образцы с различными пьезоэлектриками (цирконат- титанат свинца PZT и лантан-танталат галлия LGT). Получены предварительные результаты.
Проведены исследования композитных структур на основе полимерных пьезоэлектриков. Получены двухслойные и трехслойные гетероструктуры.
Проведены исследования магнитоэлектрических свойств композитных структур на основе магнитных гелей и эластомеров. Показано, что при создании наведенной электрической поляризации в таких структурах возможен заметный магнитоэлектрический эффект.
Важнейшие научные результаты:
1) В пленках ферритов гранатов проведены магнитооптические наблюдения поведения различных микромагнитных структур в электрическом поле от точечного зонда - иглы. Показано, что границы магнитных доменов ведут себя как электрически поляризованные объекты, направление электрической поляризации которых зависит от направления разворота намагниченности в доменных границах.
2) Проведено численное моделирование влияния электрического поля на микромагнитную структуру магнитной наночастицы. Показано, что радиальное электрическое поле, создаваемое проволокой, проходящей через центр наночастицы, порождает вихревое или антивихревое состояние в зависимости от полярности электрического напряжения. Данную структуру можно рассматривать как прототип элемента памяти с несколькими логическими состояниями.
3) Проведены оценки плотностей электрических токов, быстродействия и энергии записи наноразмерных элементов памяти, работа которых основана на перестраиваемых электрическим полем микромагнитных структурах: 10-104 А/см2, 1 ГГц и 10-19 Дж, соответственно. Оцененные плотности токов оказываются значительно меньшими, чем в аналогичных устройствах спинтроники (107 А/см2). Основное ограничение на быстродействие этих устройств накладывает время перемагничивания материала, а в энергию записи, в связи с большими значениями управляющего напряжения, наибольший вклад вносит энергия перезарядки электрода
4) Обнаружено, что при создании наведенной электрической поляризации в магнитных эластомерах в таких структурах возможен заметный магнитоэлектрический эффект. Показано, что при использовании в качестве наполнителя эластомеров проводящих магнитных частиц с большой анизотропией, величина магнитоэлектрического преобразования существенно возрастает.
5) Показана возможность создания мультиферроидных композитных структур на основе полимерных пьезолектрических пленок с металлическим ферромагнитным напылением. Изготовлены опытные образцы таких структур.
6) На основе лантан-танталат галлия LGT изготовлены композитные двухслойные мультиферроидные структуры в которых получены величины коэффициента магнитоэлектрического преобразования до 720 В/Э в переменных полях.
Полученные результаты лежат на стыке различных областей физики, химии и механики и открывают широкие перспективы для дальнейших исследований.
1. Pyatakov A.P., Zvezdin A.K., Meshkov G.A., Sechin D.A., Sergeev A.S., Nikolaeva E.P., Nikolaev A.V., and Logginov A.S., New horizons of micromagnetism: magnetic domain walls and vortices as sources of electric polarization, International Conference “Functional Materials”, ICFM 2011, October 3-8, 2011, Partenit, Crimea, Ukraine, Abstracts book, p.204
2. A.P. Pyatakov, G.A. Meshkov, A.K. Zvezdin "Electric polarization of magnetic textures" JMMM 2012 (в печати).
3. Perov N., Kramarenko E.Yu., Stepanov G.V., Semisalova A.S., Andrianov T.A. "Intelligent magnetic-field tunable Fe-based composite magnetoelastic materials" Book of abstracts "SMM-20", 2011, p.352
4. Kramarenko E.Yu., Khokhlov A.R., Stepanov G.V., Semisalova A.S., Andrianov T.A., Perov N.S. "Giant magneto-permittivity in magnetorheological elastomers" Program and Abstracts of The Asia-Pacific Interdisciplinary research conference 2011, p.187
5. Kramarenko E.Yu., Chertovich A.V., Stepanov G.V., Semisalova A.S., Perov N.S. "Soft Magnetic Elastomers with Giant Magnetic Response" Elastomers with Giant Magnetic Response. Abstracts of the Symposium, 2011, p.54.
6. Kramarenko E.Yu., Stepanov G.V., Chertovich A.V., Perov N.S., Khokhlov A.R. "Viscoelastic Behavior of Magnetic Elastomers Depending on Composition and Magnetic Field" Abstracts of the European Polymer Congress, 2011, p.123.
7. Перов Н.С., Крамаренко Е.Ю., Степанов Г.В., Семисалова А.С. "Особенности свойств магнитоэластиков в скрещенных постоянном магнитном и переменном электромагнитном полях" Программа и аннотации докладов заседания секции "Магнетизм" Научного Совета РАН по физике конденсированных сред, 2011, стр.6.
8. Sreenivasulu G., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Srinivasan G. "Piezoelectric single crystal langatate and ferromagnetic composites: Studies on low-frequency and resonance magnetoelectric effects" Applied Physics Letters 100 (2012) 052901.