Một số tính toán về hiệu ứng điện - từ trong hệ vật liệu tổ hợp chứa sắt điện cấu trúc micro-nano Quách Duy Trường Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật liệu và linh kiệ
Trang 1Một số tính toán về hiệu ứng điện - từ trong hệ vật liệu tổ hợp chứa sắt điện cấu trúc
micro-nano Quách Duy Trường
Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật liệu và linh kiện nano Người hướng dẫn: TS Phạm Đức Thắng
Năm bảo vệ: 2010
Abstract: Trình bày nghiên cứu lý thuyết, mục đích xây dựng mô hình tính toán các
tính chất của vật liệu multiferroics tổ hợp, tìm ra sự phụ thuộc của các tính chất này vào các thông số như: tính chất của từng pha riêng rẽ, tỉ phần của từng pha trong vật
liệu tổ hợp, tác động của trường ngoài như tần số từ trường, cường độ từ trường
Keywords: Hiệu ứng điện từ; Sắt điện; Vật liệu Nano; Vật liệu tổ hợp
Content
MỞ ĐẦU
Tính chất điện - từ là một hiệu ứng nội tại trong một số hệ vật liệu multiferoics đơn pha
tự nhiên, quan sát thấy ở nhiệt độ thấp Tính chất này đã được chú ý nghiên cứu trong thời gian gần đây do các ứng dụng tiềm năng trong lưu trữ thông tin, điện tử học spin, và các bộ nhớ đa trạng thái Mặc dù có nhiều hợp chất khác nhau đã được nghiên cứu rộng rãi tính chất điện - từ, tuy nhiên phẩm chất của chúng đều không cao, điều đó làm cản trở các ứng dụng của chúng Thực tế nghiên cứu cho thấy, vật liệu multiferoics dạng tổ hợp có phẩm chất tốt hơn nhiều so với các vật liệu multiferoics đơn pha
Ngoài ra với thiết kế linh hoạt hơn, vật liệu multiferroic tổ hợp được thực hiện bằng cách kết hợp các chất áp điện và từ trường với nhau đã thu hút được sự quan tâm đáng kể trong những năm gần đây do tính đa chức năng của chúng, trong đó tương tác liên kết giữa chất áp điện và từ tính có thể tạo ra hiệu ứng điện - từ lớn (hơn vài bậc so với hiệu ứng trong vật liệu đơn pha) ở nhiệt độ phòng Các vật liệu tổ hợp này có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị đa chức năng như đầu dò điện - từ, các thiết bị truyền động và cảm biến
Hiệu ứng điện - từ là hiện tượng xuất hiện phân cực điện khi đặt trong từ trường hay sự
từ hóa khi đặt trong điện trường Hiệu ứng điện - từ ME là kết quả của hiệu ứng từ giảo trong
Trang 2pha từ giảo và hiệu ứng áp điện trong pha áp điện trong cùng một vật liệu tổ hợp Đây là hiện tượng điện và từ kết hợp thông qua sự tương tác đàn hồi Nghĩa là, khi một vật liệu tổ hợp đặt trong từ trường, hình dạng của pha từ giảo thay đổi, sự biến dạng đó được chuyển sang pha áp điện, dẫn đến một sự phân cực điện Vì vậy, hiệu ứng điện – từ trong vật liệu tổ hợp là hiệu ứng ngoài, phụ thuộc vào vi cấu trúc và tương tác bề mặt giữa các pha từ giảo - áp điện
Tính chất của từng pha riêng rẽ cũng như tỉ phần các pha trong hỗn hợp đều quyết định đến tính chất chung của vật liệu tổ hợp Ngoài ra những yếu tố khác nữa cũng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu tổ hợp đó là qui trình, phương pháp chế tạo vật liệu
Mỗi vật liệu thành phần khác nhau có tính chất đặc trưng khác nhau Quá trình tổng hợp các vật liệu thành phần cũng có nhiều thông số đặc trưng khác nhau Do vậy tính chất của vật liệu multiferroics tổ hợp chế tạo được sẽ phụ thuộc vào rất nhiều tham số Do vậy, ta phải mất khá nhiều thời gian nếu muốn tìm ra cấu hình, phương pháp chế tạo tối ưu bằng thực nghiệm
Với mục đích hỗ trợ cho quá trình nghiên cứu thực nghiệm, rút ngắn thời gian và khối lượng công việc, chúng tôi đang phát triển hướng nghiên cứu lý thuyết, mục đích là xây dựng
mô hình tính toán các tính chất của vật liệu multiferroics tổ hợp, tìm ra sự phụ thuộc của các tính chất này vào các thông số như: tính chất của từng pha riêng rẽ, tỉ phần của từng pha trong vật liệu tổ hợp, tác động của trường ngoài như tần số từ trường, cường độ từ trường v.v Với định hướng nghiên cứu như vậy, khóa luận này gồm có ba chương như sau:
Chương I: tổng quan về vật liệu multiferroics tổ hợp
Chương II: các tính toán lý thuyết
Chương III: áp dụng các kết quả tính toán cho một số hệ vật liệu và so sánh với các kết quả thực nghiệm
Cuối cùng là phần kết luận, tổng hợp các kết quả và định hướng nghiên cứu tiếp theo
References
TIẾNG VIỆT
1 Lê Khắc Quynh, luận án thạc sĩ, trường ĐH SPHN2, 2008
TIẾNG ANH
2 en.wikipedia.org/multiferroics
Trang 33 I.A.Luk’yanchuk, Daoud Mezzane (ed), Smart materials for energy, communication and
security, Springer, 2007, 4-7
4 Ce-Wen Nana, M I Bichurin, Shuxiang Dong and D Viehland, G Srinivasan, Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status, and future directions,
J.Appl.Phys, Vol 103, (2008) 031101
5 en.wikipedia.org/wiki/Perovskite
6 K.M Rabe, C.H Ahn, J.M Triscone (Eds.), Physics of Ferroelectric, A modern
perspective, Springer, 10
7 Williams D.Callister Jr, Materials Science and Engineering, An Introduction, 7th ed, Wiley
& Sons, 712
8 A.J.Moulson, J.M.Herbert, Electroceramics Materials, Properties and Applications, Wiley
& Sons, 73
9 A.Safari, R.K Panda, V.F Janas, Ferroelectric Ceramics: Processing, Properties,
Application, Rutgers University, USA
10 Nellya N Rogachewa, The theory of Piezoelectric shells and plates, CRC Press, 1994, 6
11 S.O Reza Moheimani, Andrew J.Fleming, Piezoelectric Transducer for Vibration
control and damping, Springer, 14
12 D.T Huong Giang, N.H Duc, Magnetoelectric sensor for microtesla magnetic-fields basedon (Fe80Co20)78Si12B10/PZT laminates, Sensors and Actuators A 149, 229–232 (2009)
13 A.Bayrashev, W P Robbins, B.Ziaie, Low frequency wireless powering of microsystem
using piezoelectric – magnetostrictive laminate composite, Sensor and Actuator A 114 (2004)
244-249
14 M.I.Bichurin, V.M.Petrov, G.Srinivasan, Theory of low – frequency magnetoelectric
effects in ferromagnetic – ferroelectric layered composites, J.Appl.Phys Vol.92, Num.12
(2002) 7681
15 V M Petrov, G Srinivasan, M I Bichurin, T A Galkina, Theory of magnetoelectric effect for bending modes in magnetostrictive-piezoelectric bilayers, J.Appl.Phys, 105, 063911 (2009)
16 G.Srinivasan, C.P.DeVreugd, R.Hayes, M.I.Bichurin, V.M.Petrov, Magnetoelectric effects
in ferromagnetic/piezoelectric multilayer composites
Trang 417 M.I.Bichurin, V.M.Petrov, Theory of low – frequency magnetoelectric coupling in
magnetostrictive – piezoelectric bilayers, Phys.Rev B 68, 054402 (2003)
18 M.I.Bichurin, V.M.Petrov, G.Srinivasan, Theory of low – frequency magnetoelectric
effects in ferromagnetic – ferroelectric layered composites, J.Appl.Phys Vol.92, Num.12
(2002) 7681
19 M I Bichurin and V M Petrov, Theory of low-frequency magnetoelectric effects in ferromagnetic-ferroelectric layered composites, Journal of Applied Physics, Vol 92, Number
12
20 D.Wu, W.Gong, H.Deng, M.Li, Magnetoelectric composite ceramics of nickel ferrite and
lead zirconate titanate via in situ processing, J.Phys.D, Appl Phys 40 (2007) 5002
21 N.Cai, C.W Nan, J.Zhai, Y.Lin, Large high-frequency magnetoelectric response in
laminated composites of piezoelectric ceramics, rare-earth iron alloys and polymer,
Appl.Phys.Lett 84 (2004) 3516
22 Zhou et al, Dielectric, magnetic, and magnetoelectric properties of laminated PbZr0.52Ti0.48O3 /CoFe2O4 composite ceramics, J Appl Phys 100, 094106 (2006)
23 U Laletsin et al, Frequency dependence of magnetoelectric interactions in layered structures of ferromagnetic alloys and piezoelectric oxides, Appl Phys A 78, 33–36 (2004)
24 C.Popov, H Chang, P.M Record, E Abraham, R.W Whatmore, Z Huang, Direct and
converse magnetoelectric effect at resonant frequency in laminar
piezoelectric-magnetostrictive composite, J.Electroceramics, 20 (2008) 53-58
25 G Srinivasan, E T Rasmussen, J Gallegos, R Srinivasan, Yu I Bokhan, V M Laletin,
Magnetoelectric bilayer and multilayer structures of magnetostrictive and piezoelectric
oxides, Phys.Rev.B 64 214408
26 G.P.McKnight, G.P.Carman, Large Magnetostriction in Terfenol-D Particulate
Composites with Preferred 112] Orientation, Proceedings of SPIE Vol 4333 (2001) 178
27 J.G.Wan,J.M Liu, H.L.W.Chand, C.L.Choy, G.H.Wang, C.W.Nan, Giant magnetoelectric effect of a hybrid of magnetostrictive and piezoelectric composites,
J.Appl.Phys, Vol.93, Num.12 (2003) 9916