Thông tin tài liệu
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 Tăng cường hiệu ứng từ-điện nanocomposite sắt điện/sắt từ Pb(1−x)SrxTiO3/CoFe2O4 có thành phần vật liệu biến thiên Enhancement of Magnetoelectric Effect in Compositionally Graded Ferroelectric/Ferromagnetic Pb(1−x)SrxTiO3/CoFe2O4 Nanocomposites Lê Minh Tiến, Lê Văn Lịch*, Nguyễn Trọng Giảng, Đinh Văn Hải Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam *Email: lich.levan@hust.edu.vn Tóm tắt Trong nghiên cứu này, phương pháp pha-trường phát triển cho hệ vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ, vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên theo chiều dày lớp vật liệu Phương pháp phatrường sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng mức độ biến thiên thành phần vật liệu đến hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite đa lớp Cấu trúc đô-men dạng dãy xuất lớp sắt điện sắt từ, nhiên, kích thước đơ-men từ lớn so với đô-men phân cực điện Đặc biệt, mức độ biến thiên thành phần vật liệu sắt điện tăng lên, kích thước đơ-men phân cực điện hình dạng vách đô-men bị thay đổi Kết mô số pha-trường mức độ biến thiên cao, hiệu ứng từđiện lớn Sự gia tăng hiệu ứng từ-điện cho tập trung lượng pha vật liệu sắt điện biến thiên thành phần vật liệu Từ khóa: Hiệu ứng từ-điện, nanocomposite sắt điện/sắt từ, vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên, phương pháp pha-trường Abstract In this study, phase-field model is developed for ferroelectric/ferromagnetic nanocomposites, in which ferroelectric composition is spatially varied along the thickness of ferroelectric layers The developed phase field model is applied to investigate the effect of composition gradient on magnetoelectric response of the multilayer nanocomposite Stripe domain structures are observed in both ferroelectric and ferromagnetic layers, however the sizes of magnetic domains are larger than that of polarization ones Particularly, the size of polarization domains and geometry of domain walls are altered according to the gradient of ferroelectric composition The obtained results suggest that the larger the composition gradient is, the higher the magnetoelectric effect becomes The enhancement of magnetoelectric effect is attributed to the concentration of energy in ferroelectric layer, which originates from the spatial variation of ferroelectric composition Keywords: Magnetoelectric effect, ferroelectric/ferromagnetic nanocomposite, compositionally graded ferroelectric, phase-field model dụng vào vật liệu composite sắt điện/sắt từ, biến dạng sinh pha vật liệu sắt từ hiệu ứng từ giảo Biến dạng truyền qua pha vật liệu sắt điện thơng qua bề mặt chung Sau đó, biến dạng gây thay đổi độ lớn phân cực điện pha vật liệu sắt điện thông qua hiệu ứng áp điện Ngược lại, tác dụng điện trường ngoài, độ lớn phân cực từ thay đổi biến dạng trung gian Vì vậy, hiệu ứng từ-điện vật liệu composite điều khiển biến dạng trung gian, hiệu ứng từ giảo hiệu ứng áp điện Giới thiệu Những năm gần đây, nghiên cứu liên quan đến việc tăng cường hiệu ứng từ-điện ngày quan tâm tiềm ứng dụng hiệu ứng thiết bị tiên tiến đầu đọc sensor từ-điện [1,2], thiết bị lưu trữ [3,4], thiết bị điện tử spin [5,6] Mặc dù hiệu ứng từ-điện dự báo chứng minh tồn vật liệu đa tính sắt đơn pha [7,8], hiệu ứng từ-điện vật liệu nhỏ khó ứng dụng thiết bị điện tử Nhằm tăng cường hiệu ứng từ-điện, vật liệu composite kết hợp vật liệu sắt điện sắt từ đề xuất [9,10] Về mặt chất, hiệu ứng từđiện composite sắt điện/sắt từ tương tác gián tiếp biến dạng bề mặt chung hai pha vật liệu thành phần Cụ thể, có từ trường ngồi tác Xu hướng nghiên cứu liên quan đến việc tăng cường hiệu ứng từ-điện tập trung vào việc điều khiển tính chất cơ-lý vật liệu thành phần composite Gần đây, nhiều vật liệu sắt điện với tính chất đặc biệt tổng hợp chế ISSN: 2734-9381 https://doi.org/10.51316/jst.151.etsd.2021.31.3.12 Received: September 08, 2020; accepted: December 08, 2020 63 JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 tạo Ví dụ, năm 2017, nhóm nghiên cứu L.W Martin [11] chế tạo thành công lớp màng mỏng sắt điện có chiều dày khoảng 100 nm, đó, ion Sr2+ thay ion Ba2+ cấu trúc mạng tinh thể vật liệu sắt điện BaTiO3 theo chiều dày lớp màng mỏng để tạo vật liệu Ba(1-x)SrxTiO3, với tên gọi vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên Điểm đặc biệt loại màng mỏng sắt điện biến thiên liên tục thành phần nguyên tố, đó, độ lớn phân cực điện cơ-lý tính vật liệu biến thiên theo chiều dày màng mỏng Từ kết này, nghiên cứu thực nghiệm mô loại vật liệu hiệu ứng áp điện tăng cường [12,13] Do đó, dự báo vật liệu composite sắt điện/sắt từ có sử dụng pha sắt điện có thành phần biến thiên có khả tăng cường hiệu ứng từ-điện mỏng sắt điện Số mol x STO pha PST xác định theo cơng thức sau: x = (m-n)/h x3 + n, đó, h chiều dày pha vật liệu sắt điện; m n số mol STO tương ứng bề mặt pha vật liệu sắt điện Trong nghiên cứu này, hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ, vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên khảo sát việc sử dụng phương pháp pha-trường dựa lý thuyết Ginzburg-Landau Hiện nay, phương pháp pha-trường cho vật liệu composite sắt điện/sắt từ phát triển để mô cho hệ vật liệu đồng Vì vậy, nghiên cứu này, nhóm tác giả phát triển, mở rộng phương pháp mô số pha-trường, áp dụng cho vật liệu composite sắt điện/sắt từ, pha vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên Mục đích nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng mức độ biến thiên thành phần vật liệu đến hiệu ứng từ-điện Ngồi ra, hình thành ứng xử cấu trúc đô-men phân cực điện từ trình bày Các chế tác động mức độ biến thiên thành phần vật liệu sắt điện đến hiệu ứng từ-điện thảo luận Hình Sơ đồ minh họa biến thiên thành phần vật liệu sắt điện cách áp dụng giải thuật phần tử hữu hạn Mật độ lượng vật liệu sắt điện biểu diễn sau [16,17]: fp(x3) = fLand(x3) + fgrad + felec(x3), (3) đó, fLand(x3), fgrad felec(x3) tương ứng mật độ lượng Landau, mật độ lượng vách đô-men mật độ lượng tĩnh điện Mật độ lượng Landau biểu diễn sau [18,19]: fLand(x3)=αi(x3)Pi2+αij(x3)Pi2Pj2+αijk(x3)Pi2Pj2Pk2 (4) đó, αi số điện môi tuân theo định luật Curie-Weiss; αij αijk số điện môi bậc cao; Pi vec-tơ phân cực điện Mật độ lượng vách đô-men biểu diễn sau: Phương pháp mô số pha-trường cho vật liệu composite sắt điện/sắt từ Phương pháp pha-trường dựa lý thuyết Ginzburg - Landau phát triển cho hệ vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ, vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên Tổng mật độ lượng f hệ vật liệu composite sắt điện/sắt từ xác định công thức [14,15]: f = (1-η)fp(x3) + η fm + felas(x3), (2) fgrad=Gijkl ∇jPi ∇lPk (5) felec(x3)=−1/2κCEi2 − EiPi (6) đó, Gijkl hệ số gradient phân cực điện; ∇jPi =∂Pi/∂xj biểu diễn gradient vec-tơ phân cực điện Năng lượng vách đô-men đặc trưng cho thay đổi chiều độ lớn véc-tơ phân cực điện không gian Mật độ lượng tĩnh điện, thu thông qua phép biến đổi Legendre trình bày sau: (1) đó, fp(x3), fm felas(x3) tương ứng mật độ lượng thành phần vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên, mật độ lượng vật liệu sắt từ mật độ lượng đàn hồi hệ Hệ số x3 ám thành phần lượng có tham số vật liệu biến đổi theo chiều dày (phương x3) mơ hình η tỷ lệ phần trăm thể tích pha sắt từ đó, κC số điện môi vật liệu sắt điện Đối với pha vật liệu sắt từ, fm=fani+fexch+fmag+fcon mật độ lượng tự pha vật liệu sắt từ [14,15], đó, fani, fexch, fmag, fcon tương ứng mật độ lượng dị hướng từ tinh thể, mật độ lượng trao đổi, mật độ lượng tĩnh từ, mật độ lượng ràng buộc (constraint energy) Mật độ lượng dị hướng từ tinh thể fani phụ thuộc vào hướng phân cực từ Các thành phần lượng pha vật liệu sắt từ trình bày chi tiết nghiên cứu trước [14,15] Trong nghiên cứu này, pha vật liệu sắt điện Pb1-xSrxTiO3 (PST) khảo sát, hàm lượng mol x SrTiO3 (STO) biến đổi tuyến tính theo chiều dày màng mỏng, minh họa Hình Chiều x3 đặt dọc theo chiều dày màng 64 JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 Trong phương trình (1), felas (x3) mật độ lượng đàn hồi hệ, mơ tả theo phương trình [14,15]: điện, thành phần từ trường ba thành phần phân cực từ felas(x3)=1/2(1-η)[cijklP(x3)(εij- εij0) (εkl- εkl0)] + 1/2η[cijklM(εij- εij0) (εkl- εkl0)], (7) với εij εij tương ứng biến dạng tổng biến dạng tự phát hiệu ứng từ giảo áp điện, cijklP(x3) cijklM tương ứng ten-xơ độ cứng đàn hồi thành phần vật liệu sắt điện sắt từ Đối với hệ vật liệu nano composite sắt điện/sắt từ, εij0 viết sau [14,15]: 3 (1 − η ) Qijkl ( x3 ) Pk Pl + η λ100 mi m j − ε ij0 = (1 − η ) Q ( x ) P P + η λ m m ijkl k l 111 i j 2 (i = j) , (i ≠ j ) (8) đó, Qijkl(x3) hệ số áp điện vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên, λ100 λ111 số từ giảo Hình (a) Hình dạng kích thước vật liệu nanocomposite đa lớp CFO/PST với trường hợp pha sắt điện khác (b) PST20/20, (c) PST10/30, (c) PST0/40 Sự biến thiên đồng thời phân cực điện phân cực từ để hệ đạt trạng thái ổn định cấu trúc đơ-men phân cực điện từ xác lập, tính tốn phương trình phụ thuộc thời gian Ginzburg-Landau [15]: ∂Pi ( x, t ) ∂F = − LFE , ∂t δ Pi ( x, t ) (9) ∂M i ( x, t ) ∂F = − LFM , ∂t δ M i ( x, t ) (10) Trong nghiên cứu này, vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ đa lớp nghiên cứu, lớp màng mỏng vật liệu sắt từ xếp xen kẽ với lớp màng mỏng vật liệu sắt điện, minh họa Hình Dựa theo nghiên cứu gần [20,21], chiều dày lớp vật liệu sắt điện sắt từ chọn tương ứng 97,5 52,5 nm Tỷ phần pha thể tích vật liệu sắt điện/sắt từ 65/35 Vật liệu sắt từ sử dụng nghiên cứu CoFe2O4 (CFO) Vật liệu sắt điện nghiên cứu PST, hàm lượng STO biến thiên liên tục theo chiều dày màng mỏng sắt điện Để nghiên cứu ảnh hưởng mức độ biến thiên thành phần vật liệu sắt điện đến hiệu ứng từ-điện, ba mơ hình với mức độ biến thiên khác nghiên cứu, minh họa Hình Trong nghiên cứu này, hàm lượng STO trung bình lựa chọn 20% Để thuận tiện, tên pha vật liệu sắt điện đặt theo dạng PSTm/n, đó, m n số mol STO tương ứng bề mặt bề mặt pha vật liệu sắt điện Cụ thể, màng mỏng PST20/20 ứng với pha vật liệu sắt điện đồng nhất, STO có hàm lượng 20% phân bố theo chiều dày lớp màng mỏng sắt điện Hai trường hợp khảo sát lại, PST10/30 PST0/40 ứng với mức độ biến thiên thành phần pha vật liệu sắt điện tăng dần Các hệ số vật liệu sử dụng nghiên cứu dùng nghiên cứu gần [14,15,22] Các điều kiện biên tuần hoàn áp dụng cho tất hướng Liên kết pha vật liệu xem xét lý tưởng đó, t thời gian, LFE LFM tương ứng số nhiệt động học liên quan đến tốc độ biến thiên trường phân cực điện từ, x véc-tơ tọa độ khơng gian Cùng với phương trình GinzburgLandau, phương trình cân học: ∂σ ij ∂ ∂F = = 0, ∂x j ∂x j ∂ε ij (11) phương trình Maxwell (hoặc Gauss) ∂Di ∂ ∂F = − = 0, ∂xi ∂xi ∂Ei (12) ∂Bi ∂ ∂F = − ∂xi ∂xi ∂H i (13) =0, phải thỏa mãn đồng thời Để giải phương trình đặc trưng (9)-(13), giải thuật phần tử hữu hạn áp dụng nghiên cứu Mơ hình phần tử hữu hạn chia lưới bao gồm nhiều phần tử hình lập phương; phần tử có nút Tại nút phẩn tử, có 11 bậc tự định nghĩa bao gồm ba thành phần chuyển vị, thành phần điện trường, ba thành phần phân cực Để thu cấu trúc phân cực điện từ trạng thái ổn định hệ vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ, điều kiện đầu xác lập cho trường phân cực điện từ với giả thiết phân bố ngẫu nhiên có độ lớn vơ nhỏ Sau đó, biến thiên đồng 65 JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 thời trường phân cực điện từ xác định thông qua việc giải phương trình phụ thuộc thời gian Ginzburg-Landau Hệ đạt trạng thái ổn định biến thiên lượng tổng nhỏ (dưới 10-3 eV) Nhằm nghiên cứu hiệu ứng từ-điện, từ trường tác dụng vào vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ dọc theo phương x3, sau thay đổi độ lớn phân cực điện vật liệu composite tính tốn Sự phân bố độ lớn phân cực điện tương ứng pha vật liệu sắt điện trường hợp nghiên cứu trình bày Hình Đối với pha vật liệu sắt điện đồng PST20/20, độ lớn phân cực điện phân bố tương đối đồng (Hình 4a) Tuy nhiên, hai trường hợp lại, độ lớn phân cực thay đổi theo chiều dày màng mỏng pha vật liệu sắt điện Giá trị độ lớn phân cực điện đạt cao bề mặt phía pha vật liệu sắt điện, ứng với vùng có chứa nhiều hàm lượng PTO Sự biến thiên độ lớn phân cực điện theo chiều dày màng mỏng sắt điện nghiên cứu có xu hướng giống với kết thực nghiệm [11] Do đó, biến thiên độ lớn phân cực điện tính chất đặc trưng vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên Ngồi ra, mức độ biến thiên cao dẫn tới chênh lệch độ lớn phân cực điện theo chiều dày pha vật liệu sắt điện lớn Kết thảo luận 3.1 Cấu trúc đô-men phân cực điện phân cực từ Cấu trúc đô-men phân cực điện từ vật liệu nanocomposite PST/CFO minh họa Hình Trong pha sắt điện PST20/20 (Hình 3a), cấu trúc đô-men dạng dãy với vách đô-men 90° hình thành, chiều véc-tơ phân cực xếp nối tiếp Những vách đô-men 90° thẳng tạo với phương x1 góc 135° Cấu trúc đơ-men phân cực điện thu trường hợp PST20/20 phù hợp với kết từ quan sát thực nghiệm [23] Vì vậy, cấu trúc đô-men dạng dãy với vách đô-men thẳng đặc trưng cho pha vật liệu sắt điện đồng Đối với trường hợp PST10/30 PST0/40, cấu trúc đô-men dạng dãy hình thành, nhiên, vách đô-men bị cong dần mức độ biến thiên thành phần vật liệu sắt điện tăng Điều gây thay đổi độ rộng vách đô-men cấu trúc phân cực điện Trong pha vật liệu sắt từ CFO, cấu trúc đô-men dạng dãy có vách đơ-men 90° xuất tất trường hợp khảo sát Kích thước đơmen từ lớn so với kích thước đô-men sắt điện Cấu trúc đô-men pha vật liệu sắt từ CFO phù hợp với quan sát từ thực nghiệm [24] Như vậy, mức độ biến thiên thành phần vật liệu pha sắt điện tăng lên, vách đô-men sắt điện bị uốn cong, cấu trúc đơ-men từ gần khơng bị ảnh hưởng 3.2 Hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ Từ cấu trúc đô-men phân cực điện từ thu trên, hiệu ứng từ-điện khảo sát cách tác dụng từ trường vào hệ vật liệu nano composite Theo lý thuyết, hệ số từ-điện αijME tính tốn theo cơng thức: αijME=ΔPi/ΔHj, ΔPi thay đổi độ lớn phân cực trung bình theo hướng xi ΔHj từ trường bên dọc theo hướng xj Trong nghiên cứu này, hệ số từ-điện α33ME khảo sát tác dụng từ trường dọc theo hướng x3 Mối quan hệ thay đổi phân cực trung bình ΔP3 từ trường ΔH3 biểu diễn Hình cho trường hợp PST20/20, PST10/30, PST0/40 Quan sát ba trường hợp, ΔP3 giảm tuyến tính với gia tăng từ trường tác dụng Do đó, độ lớn α33ME xác định từ góc nghiêng đường thẳng biểu thị mối quan hệ ΔP3-ΔH3 Ngoài ra, đường thẳng biểu thị mối quan hệ ΔP3-ΔH3 Hình có góc nghiêng khác Điều hiệu ứng từ-điện thay đổi trường hợp khảo sát Nói cách khác, hiệu ứng từ-điện bị ảnh hưởng mức độ biến thiên thành phần vật liệu pha vật liệu sắt điện Hình Cấu trúc đơ-men phân cực điện từ nanocomposite sắt điện/sắt từ có mức độ biến thiên vật liệu khác nhau: (a) PST20/20, (b) PST10/30, (c) PST0/40 Hình Sự thay đổi độ lớn phân cực điện phụ thuộc vào từ trường tác dụng vật liệu nanocomposite có mức độ biến thiên khác Hình Sự phân bố độ lớn phân cực điện pha sắt điện có mức độ biến thiên vật liệu khác nhau: (a) PST20/20, (b) PST10/30, (c) PST0/40 66 JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 phần Hình 6, phần này, phân bố lượng tổng pha sắt điện tác dụng từ trường bên nghiên cứu Đối với trường hợp PST20/20, lượng tập trung vách đômen phân bố đồng đơ-men phân cực điện (Hình 7a) Tuy nhiên, cường độ lượng vách đô-men cao không đáng kể so với lượng đô-men Trong hai trường hợp PST10/30 PST0/40, phân bố lượng tổng khơng cịn đồng Cụ thể, lượng có xu hướng tập trung phần phía pha sắt điện Tại trường hợp PST0/40, lượng tập trung cao nơi tiếp giáp vách đô-men bề mặt chung pha sắt điện sắt từ Những vùng tập trung lượng lớn dễ bị tác động từ trường bên ngồi Ngồi tính tốn thành phần lượng có pha vật liệu sắt điện, thấy lượng đàn hồi tăng với tăng mức độ biến thiên Sự tăng loại lượng lớn so với loại lượng lại Thêm vào đó, phân bố chúng tập trung vùng gần đỉnh mơ hình, giống với trường hợp lượng tổng (Hình d,e,f) Sự tập trung lượng cao pha vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên làm tăng độ nhạy phân cực điện tác dụng từ trường thơng qua biến dạng, đó, làm tăng cường hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ Hình Hệ số từ-điện phụ thuộc vào mức độ biến thiên thành phần pha vật liệu sắt điện Hình Sự phân bố tổng lượng pha vật liệu sắt điện tác dụng từ trường trường hợp: (a) PST20/20, (b) PST10/30, (c) PST0/40 Sự phân bố lượng đàn hồi pha vật liệu sắt điện trường hợp: (d) PST20/20, (e) PST10/30, (f) PST0/40 Lưu ý rằng, lớp vật liệu PST có hàm lượng mol x khác bề mặt tiếp xúc với CFO, hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ bị ảnh hưởng Trong nghiên cứu gần [28], phụ thuộc hệ số từ-điện vào lượng mol x khảo sát cho vật liệu composite có thành phần đồng Kết rằng, hệ số từ-điện đạt giá trị cao x ≈ 20% Trong nghiên cứu này, hàm lượng mol x trung bình vật liệu PST giữ mức 20% cho tất mơ hình khảo sát, nhiên phân bố thành phần theo chiều dày khác mơ hình Kết nghiên cứu rằng, mức độ biến thiên vật liệu tăng cường hệ số từđiện vật liệu nanocomposite Trong báo này, trọng tâm nghiên cứu đặt vào việc phát triển phương pháp mô số pha-trường cho vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ có thành phần biến thiên, đưa kết ban đầu phụ thuộc hiệu ứng từ điện mức độ biến thiên vật liệu Những nghiên cứu chi tiết cho tác động nhiều yếu tố kích thước, kiểu kết nối pha, tính chất vật liệu bề mặt ghép vật liệu trình bày nghiên cứu Trên Hình 6, độ lớn hệ số từ-điện α33ME biểu diễn mối quan hệ với mức độ biến thiên thành phần pha vật liệu sắt điện Hệ số α33ME tăng theo tăng mức độ biến thiên thành phần vật liệu Hệ số α33ME đạt giá trị nhỏ trường hợp PST20/20 (vật liệu đồng nhất), đạt giá trị cao trường hợp PST0/40 Trong nghiên cứu này, hệ số từ-điện α33ME đạt giá trị tối đa khoảng 2,05×10−9 s/m trường hợp PST0/40 Độ lớn α33 vật liệu nanocomposite PST/CFO có giá trị nằm khoảng 10−9 s/m Khoảng giá trị cao nhiều so với vật liệu composite kích thước lớn cao bậc so với vật liệu đơn pha [25,26] Bên cạnh đó, khoảng giá trị bậc với hệ số từ-điện nanocomposite thu từ thực nghiệm [27] mô [14,28] Các kết minh họa Hình hệ số từ-điện tăng mức độ biến thiên thành phần vật liệu tăng Kết phương pháp để tăng cường hiệu ứng từ-điện cách lựa chọn phù hợp mức độ biến thiên thành phần pha sắt điện So với phương pháp truyền thống, ví dụ thay đổi tỷ phần pha vật liệu thành phần thay đổi kiểu kết nối pha, phương pháp tạo hướng để tăng cường hiệu ứng từ-điện Kết luận Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng mức độ biến thiên thành phần vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ tới hiệu ứng từ-điện, sử dụng phương pháp mô số pha-trường cải tiến Nghiên cứu Nhằm làm sáng tỏ nguyên nhân gây phụ thuộc hệ số từ-điện vào mức độ biến thiên thành 67 JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 rằng, mức độ biến thiên thành phần pha vật liệu sắt điện cao, hiệu ứng từ-điện lớn Sự tập trung lượng nơi tiếp giáp vách đô-men bề mặt chung pha sắt điện sắt từ dẫn đến phân cực điện dễ bị biến đổi tác dụng từ trường thông qua biến dạng Kết giải thích cho chế dẫn đến tăng cường hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ có thành phần biến thiên Ngồi ra, nghiên cứu đề xuất hướng việc tăng cường hiệu ứng từ-điện vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ thông qua việc điều khiển biến thiên thành phần vật liệu pha sắt điện zirconate titanate, Phys Rev Applied 2020, 14, 034039 https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.034039 [10] M Naveed-Ul-Haq, V V Shvartsman, H Trivedi, S Salamon, S Webers, H Wende, U Hagemann,J Schröder, D C Lupascu, Strong converse magnetoelectric effect in (Ba,Ca)(Zr,Ti)O3- NiFe2O4 multiferroics: A relationship between phaseconnectivity andinterface coupling Acta Mater 2018, 144, 305-313 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.10.048 [11] A R Damodaran, S Pandya, Y Qi, S.-L Hsu, S Liu, C Nelson, A Dasgupta, P Ercius, C Ophus, L.R Dedon, J.C Agar, H Lu, J Zhang, A.M Minor, A.M Rappe, L.W Martin, Large polarization gradients and temperature-stable responses in compositionallygraded ferroelectrics, Nat Commun (2017) 14961 https://doi.org/10.1038/ncomms14961 Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.02-2018.06 [12] J C Agar, A R Damodaran, M B Okatan, J Kacher, C Gammer, R K Vasudevan, S Pandya, L R Dedon, R V K Mangalam, G A Velarde, S Jesse, N Balke, A M Minor, S V Kalinin & L W Martin, Highly mobile ferroelastic domain walls in compositionally graded ferroelectric thin films, Nat Mater 2016, 15, 549-556 https://doi.org/10.1038/nmat4567 Tài liệu tham khảo [1] Y Zhang, Z Li, C Y Deng, J Ma, Y H Lin, C W Nan, Demonstration of magnetoelectric read head of multiferroic heterostructures, Appl Phys Lett 92 (2008) 152510 https://doi.org/10.1063/1.2912032 [2] J Ma, J Hu, Z Li, C W Nan, Recent progress in multiferroic magnetoelectric composites: from bulk to thin films, Adv Mater 23 (2011) 1062 https://doi.org/10.1002/adma.201003636 [13] Y Qiu, H Wu, J Wang, J Lou, Z Zhang, A Liu, G Chai, The enhanced piezoelectricity in compositionally graded ferroelectric thin films under electric field: A role of flexoelectric effect, J Appl Phys 2018, 123, 084103 https://doi.org/10.1063/1.5019446 [3] N A Spaldin, M Fiebig, The renaissance of magnetoelectric multiferroics, Science 309 (2005) 391 https://doi.org/10.1126/science.1113357 [14] T Yang, J.-M Hu, C Nan, L Chen, Predicting effective magnetoelectric response in magneticferroelectric composites via phase-field modeling, Appl Phys Lett 104 (2014), 052904 https://doi.org/10.1063/1.4863941 [4] Y Wang, J Hu, Y H Lin, C W Nan, Multiferroic magnetoelectric composite nanostructures, NPG Asia Mater (2010) 61 https://doi.org/10.1038/asiamat.2010.32 [15] L Van Lich, T Shimada, K Miyata, K Nagano, J Wang, T Kitamura, Colossal magnetoelectric effect in 3-1 multiferroic nanocomposites originating from ultrafine nanodomain structures, Appl Phys Lett 107 (2015) 232904 https://doi.org/10.1063/1.4937578 [5] W Eerenstein, N D Mathur, J F Scott, Multiferroic and magnetoelectric materials, Nature 442 (2006) 759 https://doi.org/10.1038/nature05023 [6] R Ramesh, N A Spaldin, Multiferroics: progress and prospects in thin films, Nat Mater (2007) 21 https://doi.org/10.1038/nmat1805 [16] H.-L Hu, L.-Q Chen, Three‐dimensional computer simulation of ferroelectric domain formation, J Am Ceram Soc 81 (1998) 492-500 https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02367.x [7] V Folen, G Rado, E Stalder, Anisotropy of the magnetoelectric effect in Cr2O3, Phys Rev Lett (1961) 607 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.6.607 [17] L.-Q Chen, Phase-field models for microstructure evolution, Annu Rev Mater Res 32 (2002) 113140 https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.32.112001.132 041 [8] J Wang, J Neaton, H Zheng, V Nagarajan, S Ogale, B Liu, D Viehland, V Vaithyanathan, D Schlom, U Waghmare, N.A Spaldin, K.M Rabe, M Wuttig,R Ramesh, Epitaxial BiFeO3 multiferroic thin film heterostructures, Science 299 (2003) 1719 https://doi.org/10.1126/science.1080615 [18] M.J Haun, E Furman, S Jang, H McKinstry, L Cross, Thermodynamic theory of PbTiO3, J Appl Phys 62 (1987) 3331-3338 https://doi.org/10.1063/1.339293 [9] M Popov, Y Liu, V.L Safonov, I.V Zavislyak, V Moiseienko, P Zhou, Jiayu Fu, Wei Zhang, Jitao Zhang, Y Qi, Tianjin Zhang, T Zhou, P.J Shah, M.E McConney, M.R Page, and G Srinivasan, Strong converse magnetoelectric effect in a composite of weakly ferromagnetic iron borate and ferroelectric lead [19] L Van Lich, V.-H Dinh, Formation of polarization needle-like domain and its unusual switching in compositionally graded ferroelectric thin films: an 68 JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, July 2021, 063-069 improved phase field model, RSC Adv (2019) 75757586 https://doi.org/10.1039/C8RA10614B and control of in-plane ferroelectric nanodomains in strained thin films, Nat Commun (2014) 4415 https://doi.org/10.1038/ncomms5415 [20] H Zheng, J Wang, S Lofland, Z Ma, L MohaddesArdabili, T Zhao, L Salamanca-Riba, S Shinde, S Ogale, F Bai, D Viehland, Y Jia, D.G Schlom, M Wuttig, A Roytburd, R Ramesh, Multiferroic BaTiO3-CoFe2O4 nanostructures, Science 303 (2004) 661-663 https://doi.org/10.1126/science.1094207 [24] Y Shirahata, R Shiina, D.L Gonzalez, K.J.A Franke, E Wada, M Itoh, N.A Pertsev, S van Dijken, T Taniyama, Electric-field switching of perpendicularly magnetized multilayers, NPG Asia Mater (2015) e198 https://doi.org/10.1038/am.2015.72 [25] I.E Dzyaloshinskii, On the magneto-electrical effects in antiferromagnets, Sov Phys JETP 10 (1960) 628829 [21] C Schmitz-Antoniak, D Schmitz, P Borisov, F.M De Groot, S Stienen, A Warland, B Krumme, R Feyerherm, E Dudzik, W Kleemann, H Wende, Electric in-plane polarization in multiferroic CoFe2O4/BaTiO3 nanocomposite tuned by magnetic fields, Nat Commun (2013) 2051 https://doi.org/10.1038/ncomms3051 [26] D Astrov, The magnetoelectric effect in antiferromagnetics, Sov Phys JETP 11 (1960) 708 [27] Li, Y.; Wang, Z.; Yao, J.; Yang, T.; Wang, Z.; Hu, J.M.; Chen, C.; Sun, R.; Tian, Z.; Li, J.; et al Magnetoelectric quasi-(0-3) nanocomposite heterostructures Nat Commun 2015, 6, 6680 https://doi.org/10.1038/ncomms7680 [22] Y L Li, S Choudhury, J H Haeni, M D Biegalski, A Vasudevarao, A Sharan, H Z Ma, J Levy, V Gopalan, S TrolierMcKinstry, D G Schlom, Q X Jia, and L Q Chen, Phase transitions and domain structures in strained pseudocubic (100) SrTiO3 thin films, Phys Rev B 73 (2006) 184112 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.184112 [28] M.-T Le, L V Lich, T Q Bui, T.-G Nguyen, V.-H Dinh, Tuning magnetoelectric effect in Pb(1−x)SrxTiO3/CoFe2O4 multiferroic nanocomposites by varying Sr content, J Phys Chem Solids 2020, 138, 109293 https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2019.109293 [23] S Matzen, O Nesterov, G Rispens, J.A Heuver, M Biegalski, H.M Christen, B Noheda, Super switching 69 ... graded ferroelectric thin films under electric field: A role of flexoelectric effect, J Appl Phys 201 8, 123 , 084103 https://doi.org/10.1063/1.5019446 [3] N A Spaldin, M Fiebig, The renaissance of... mơi vật liệu sắt điện Đối với pha vật liệu sắt từ, fm=fani+fexch+fmag+fcon mật độ lượng tự pha vật liệu sắt từ [14,15], đó, fani, fexch, fmag, fcon tương ứng mật độ lượng dị hướng từ tinh thể,... polarization in multiferroic CoFe2O4/BaTiO3 nanocomposite tuned by magnetic fields, Nat Commun (201 3) 205 1 https://doi.org/10.1038/ncomms3051 [26] D Astrov, The magnetoelectric effect in antiferromagnetics,
Ngày đăng: 23/02/2023, 15:08
Xem thêm:
