XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение

Обратный магнитоэлектрический эффект (МЭ) в области ферромагнитного резонанса (ФМР) заключается в сдвиге резонансной линии под действием электрического поля и называется микроволновым МЭ эффектом. Наличие кубической анизотропии монокристаллов ЖИГ сказывается на частоте, величине подмагничивающего поля и ширине линии ФМР, а в слоистых феррит-пьезоэлектрических структурах и на сдвиге линии ФМР [1].

Цель исследования

Цель настоящей работы заключается в экспериментальном исследовании угловой зависимости сдвига линии ФМР для трёхслойного композита, состоящего из гадолиний-галлиевого граната (ГГГ) и железо-иттриевого граната (ЖИГ) среза (111) в качестве ферритовой компоненты, а также цирконата-титаната свинца в качестве пьезоэлектрической компоненты.

Материал и методы исследования

Для решения поставленной задачи использовалась экспериментальная установка, представляющая собой спектрометр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) «Magnettech MiniScope MS-5000X» (Германия) с поворотной системой с ценой деления 2,5° и погрешностью ±30′. Измерения проводились при частоте сканирующего СВЧ поля 9,4 [ГГц], развёртке напряжённости магнитного поля 200 [Э], микроволновой мощности 5 [мкВт] и модуляции магнитного поля 5 [мкТ]. Электрическое поле 10 [кВ/см] в ЦТС создавалось при помощи источника постоянного напряжения «GW Instek GPR-750H15D» (Тайвань). Для экспериментального исследования была изготовлена трёхслойная структура (рис. 1) [2].

Рисунок 1 – а) МЭ композит: 1 – металлизация, 2 – диск ГГГ-ЖИГ(111),

3 – резистор, 4 – пластина ЦТС с указанным направлением пьезоэффекта, 5 – источник питания; б) МЭ композит в разрезе: D_{ЖИГ-ГГГ} = 2,18 [мм], H_{ЖИГ-ГГГ} = 0,21 [мм], H_ЖИГ ≈ 10 [мкм], L_ЦТС = 5x5 [мм], H_ЦТС = 0,5 [мм]; в) cхематическое изображение направлений полей в ЖИГ (111) при ЭПР исследовании.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате измерений был получен график угловой зависимости микроволнового МЭ эффекта (рис. 2).

Рисунок 2 – График при приложении напряжения величиной 500 [В] (10 [кВ/см]). Сплошная линия – эксперимент, пунктирная линия – аппроксимация экспериментальных значений.

Из полученных данных можно увидеть, что в единой трёхслойной МЭ структуре ГГГ-ЖИГ(111)-ЦТС наблюдается незначительная угловая зависимость . Полученный вид угловой зависимости объясняется тем, что для ЦТС пьезокоэффициенты d31 ≈ d32, из-за чего величина не достигает больших значений и в данном случае равняется 1,2 [Э].

Заключение

Выяснено, что структура ГГГ-ЖИГ(111)-ЦТС слабо подходит для реализации преимуществ анизотропии микроволнового МЭ эффекта ввиду небольшой разности между максимальным и минимальным значением сдвига линии ФМР.

Дальнейшее исследование угловой зависимости микроволнового МЭ эффекта для различных композитов открывает возможность разработки новых СВЧ устройств с механической перестройкой и позволяет оптимизировать уже имеющиеся МЭ СВЧ устройства с электрической перестройкой.

В дальнейшем планируется улучшить качество и точность проведения эксперимента, а также использовать в качестве пьезоэлектрической компоненты PMN-PT (011) и PZT-PT (011) с большой величиной разности между d31 и d32.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-15-20044 https://rscf.ru/project/24-15-20044/.

Список литературы

1. Xue, X., Zhou, Z., Dong, G., Feng, M., Zhang, Y., Zhao, S., … Liu, M. “Discovery of Enhanced Magnetoelectric Coupling through Electric Field Control of Two-Magnon Scattering within Distorted Nanostructures”. ACS Nano, 11(9), 9286–9293 (2017).

2. Угловая зависимость микроволнового магнитоэлектрического эффекта в структуре сегнетоэлектрик - ферромагнетик / Р. Г. Кафаров, В. Н. Лобекин, О. В. Соколов, М. И. Бичурин // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. – 2023. – № 5. – С. 123.