发展中的磁电材料

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1、发展中的磁电材料熊锐,周忠坡(武汉大学物理科学与技术学院,武汉市430072)摘要:磁电材料在磁记录等方面具有巨大的潜在应用价值。在过去的几十年内,人们对单相材料和复合材料的磁电效应进行了广泛的研究。只有磁矩有序和电偶极子有序共存的材料才会在磁场作用下极化或在电场作用下磁化。单相材料有一个很大的缺点,即其磁电感应即使在低温下也相当微弱,这就限制了其在实际器件里的应用。复合材料的磁电感应是通过材料中独立的压磁相和压电相或磁致伸缩相和压电相实现的。磁电层合材料巨大的磁电感应电压系数源于压电晶体的巨压电电压系数和磁致伸缩部分的巨弹性屈服度。本文主要阐述磁电

2、颗粒复合材料和层合材料的研究现状并总结了一些重要结果。关键词:磁电;压电;磁致伸缩;复合物中图分类号:TM27文献标识码:A文章编号:1009-5624-(2006)06-0026-07磁态的跃迁。铁电序和磁序的出现常常伴随着铁弹1引言性的发生,从而产生能满足铁电型离子运动的结构磁电感应是指磁电材料在电场中磁化,在磁场性的通道和通常情况下为超交换型的磁相互作用路[6]中极化。早在1894年,居里夫人研究晶体对称性后径以及对称性的环境。因此,用顺磁离子替代氧指明,非对称性分子晶体在磁场作用下会定向极八面体钙钛矿铁电物质中的反磁性离子从而合成的[1]化。

3、半个世纪后,Landau和Lifshitz认为磁有序铁电铁磁物质也可以发生磁电感应。1958年,[2][7]晶体存在线性磁电感应。Dzyaloshinskii在理论分Smolensky和Ioffe合成了反铁磁铁电钙钛矿陶瓷析的基础上,预言了反铁磁物质Cr2O3可产生磁电材料Pb(Fe1/2Nb1/2)O3(简记为PFN)。随后,在温[3]感应。随后,Astrov测量了Cr2O3在磁场作用下度低于9K条件下的PFN铁电相弱自发磁矩被证实[4]。过去的几十年里,人们发现了许多可磁电感应的的感生电场,Rado和Folen探测了Cr2O3由电场极[3,9~1

4、6]化而感生的磁场[5]。化合物。如钙钛矿结构物质、水锰矿、伪钛铁磁电感应发生于磁偶极子和电偶极子共存的材矿(pseudo-ilmenites)、(Me=Mn,F,Co,Ni)和尖晶料。能产生磁电感应的材料可分为2大类,即单相材石等。铁电性、铁磁性和铁弹性的共存,有利于自发料和复相合成材料。其单相材料一般具有规则的结极化、自发磁化和自发形变之间的耦合。磁电材料构且存在铁电态(或亚铁电态或反铁电态)。材料发在信息记录存储器、磁场探测、传感器等方面极具应生磁电感应时其内部有序磁亚点阵和有序铁电亚点用潜力。阵相互作用,完成2个跃迁,一个是铁电态到顺电态2复

5、相合成材料的跃迁,另一个是铁磁态(亚铁磁态或反铁磁态)到顺单相材料的磁电感应电压系数一般在20mV/收稿日期:2006-09-01cmOe以下,达不到实际应用的要求。而且这类材料作者简介:熊锐(1967-),男,湖北黄梅县人,博士,主要研究方向:聚合物薄膜物理,低维电荷密度波系统;只能在温度很低的条件下工作,原材料和制作成本周忠坡(1981-),男,河北晋州人,硕士在读,研究很高,循环使用易老化。复相合成材料可以避免这方向:功能材料。些缺点,且其磁电效应比单相材料高几百倍。对于复合材料的磁电感应,VanSuchetelene首m{[19]次引入了乘积

6、性质(productproperties)这个词以区(V/m)/(A/m)(=5V/cmOe)。[17]别单相材料的磁电感应。压磁相和压电相或磁J.Ryu及其小组成员研究了铁酸镍(搀杂Co,Cu)致伸缩相和压电相的适当结合可以产生较理想的磁颗粒复合材料的烧结温度与烧结行为、微观结构、压电[27,28]电感应效果。大部分铁磁材料具有磁致伸缩效应,与磁电感应的关系。他们发现铁酸盐相的连通性很少体现压电效应;由磁场引起的应变和场强的关对材料的磁电电压系数有影响,此外,烧结温度也是影系为非线性,而和场强的平方呈线性关系。该类材响磁电电压系数重要因素。PZT和

7、铁酸盐的化学反料有磁滞现象。这样,复合材料难以应用于线性器应,铁酸盐微粒间的作用使高磁电效应的材料很难获件。若在该类材料中加一偏置磁场,则其磁电感应得。当时在125e的温度条件下烧结的含铁酸盐量为在所加偏置磁场大小附近接近线性。当然,若将具20%的颗粒复合材料磁电电压系数为115mV/cmOe,比[19]有磁滞性质的该类材料应用于具有存储记忆性能的菲利浦实验室曾报道的同类材料的值高44%。器件,就没必要加偏置磁场了。磁电复相合成材料2.2磁电层合材料一般应具有如下特点:即2个独立的相保持一定的由压电材料和铁酸盐磁致伸缩材料合成的微粒平衡;颗粒之间不出

8、现失配;压磁或磁致伸缩相中的或原位复合物的磁电性能比单相材料好许多。然磁致伸缩系数和压电相中的压电系数较大;