ОТЧЕТЫ:
Руководитель: Перов Николай Сергеевич
Тема: "Исследование механизмов магнитоэлектрического взаимодействия и особенностей физических свойств объемных, пленочных и наноструктурированных мультиферроидных материалов"
Исполнители:
Звездин Анатолий Константинович |
Звездин Константин Анатольевич |
Кадышев Дмитрий Игоревич |
Пятаков Александр Павлович |
Логинова Людмила Александровна |
Семисалова Анна Сергеевна |
Сергеев Александр Сергеевич |
Сечин Дмитрий Андреевич |
Фетисов Леонид Юрьевич |
Задачи:
Настоящий проект является развитием работ, проводимых ранее участниками. Для решения поставленных задач планируется использовать опыт, полученный при выполнении предыдущих проектов РФФИ при проведении комплексных экспериментальных и теоретических исследований магнитных, магнитотранспортных, электрических и магнитооптических свойств материалов, обладающих мультиферроидными свойствами. В ходе настоящей работы будут продолжены на основе разработанных и апробированных ранее методик исследования различных типов мультиферроиков. Планируется использовать динамические и магнитооптические методы измерений различных параметров, исследования магнитоэлектрических и структурных свойств композитных образцов, включающих магнитострикционные и пьезоэлектрические материалов, а также тонких пленок. Будут продолжены теоретический анализ полученных экспериментальных данных и поиск перспективных для практических приложений составов композитов и гетероструктур, обладающих мультиферроидными свойствами. Планируются исследования механических, магнитных, магнитоэлектрических свойств полученных микро- и макрообразцов как в статических, так и в переменных полях широкого диапазона частот. Следует отметить, что подобного рода комплексные исследования композитных мультиферроиков различных типов участниками коллектива были начаты впервые, при этом была показана перспективность и информативность данного направления. На основе текущего анализа существующих тенденций развития систем хранения, передачи и обработки информации будут продолжены разработки прикладных устройств и развитие подходов, основанных на использовании мультиферроиков. При проведения исследований слоистых композитов будут использованы как отечественные, так и зарубежные образцы мультиферроидных, магнитострикционных и пьезоэлектрических материалов, полученных при использовании различных технологий изготовления композитов, что дает возможности для сравнительного анализа их свойств. Исследования образцов будут проводиться как в подразделениях Московского Университета и Российской Академии наук, так и за рубежом, в рамках имеющихся договоров о научно-техническом сотрудничестве. Постоянное внимание будет уделяться реализации объявленных в проекте целей, в том числе, управлению намагниченностью образца электрическим полем, а также оптимизация методов магнитоэлектрического преобразования для достижения его максимальной эффективности. При экспериментальных исследованиях микромагнитных структур будет использована установка для магнитооптического наблюдения динамических процессов в магнитных средах, созданная в ходе выполнения предыдущих проектов, на основе объединения методов высокоскоростной фотографии и анизотропного темнопольного наблюдения. Методика позволяет наблюдать динамику движения магнитных доменных границ, движущихся под действием импульсов магнитного и электрического полей с временным разрешением 10нс. Сильные электрические поля (>1-10МВ/см), необходимые для воздействия на микромагнитную структуру, создаются за счет использования в качестве электродов заостренных проволок (с радиусом кривизны ~1мкм) и зондов микроскопа атомной силы (радиус закругления иглы кантилевера 10нм). Существенно увеличить величины используемого напряжения (до 10кВ) позволит разрабатываемая участниками проекта методика импульсного воздействия на микромагнитную структуру электрическим полем. Измерения магнитных и магнитооптических свойств будут выполнены на базе имеющегося у коллектива исполнителей уникального комплекта оборудования: вибрационный магнитометр фирмы Lake Shore (диапазон температур от 4.2 до 1300К, чувствительность – до 2*10^-7 Гс*см^3), автоматический вибрационный анизометр и магнитооптический микромагнетометр (разработанные на кафедре магнетизма МГУ). Исследование магнитоэлектрических свойств планируется на оборудовании, разработанном совместно с сотрудниками Московского Института Радиотехники, Электроники и Автоматики. Новизна планируемых исследований состоит, во-первых, в изучении изменения свойств композитов различного типа (слоистые, объемные и т.п.), а, во-вторых, в многоплановости планируемых исследований. В отличие от большинства работ по изучению прямого и обратного магнитоэлектрических эффектов, мы планируем использовать как статические, так и динамические воздействия в широком диапазоне частот. Обычным подходом при исследовании магнитоэлектрических свойств материала является измерение интегральных характеристик образца, таких как магнитный момент и электрическое напряжение на электродах. Однако, как было нами показано ранее, в ряде случаев магнитоэлектрическое взаимодействие проявляется на локальном уровне в виде индуцированного электрическим полем перемещения магнитных доменных границ или обратных эффектов воздействия магнитного поля на сегнетоэлектрическую доменную структуру. Кроме того, взаимодействие магнитных доменных стенок и границ сегнетоэлектрических доменов может служить еще одним механизмом взаимосвязи магнитной и электрической подсистем материала. Поэтому исследование микромагнитного аспекта магнитоэлектрических эффектов не только важно для понимания их механизмов, но также поможет в разработке новых материалов с большим магнитоэлектрическим откликом. Микромагнитное моделирование структур, образующихся в магнитоэлектрических пленках, будет проведено с помощью пакета программ SpinPM, разработанного участниками проекта. В специально созданном для магнитоэлектрических расчетов модуле будет учитываться дополнительное эффективное магнитное поле, возникающее вследствие неоднородного магнитоэлектрического взаимодействия под действием электрического поля. Экспериментальное исследование микро- и наномагнитных структур будут проводиться с помощью магнитооптического и сканирующего зондового микроскопа. Будут проанализированы перспективы использования данных материалов как основы для создания устройств спинтроники, энергонезависимой памяти и СВЧ техники.