Применение барьерных слоев диоксида титана для формирования мультиферроиков ферромагнетик/сегнетоэлектрик

Стогний А. И.; Шарко С. А.; Серокурова А. И.; Новицкий Н. Н.; Поддубная Н. Н.; Кецко В. А.

Применение барьерных слоев диоксида титана для формирования мультиферроиков ферромагнетик/сегнетоэлектрик

Стогний А. И.,

Шарко С. А.,

Серокурова А. И.,

Новицкий Н. Н., Поддубная Н. Н.,

Кецко В. А.

2020

https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-2-145-152

С помощью метода ионно-лучевого распыления – осаждения получены слоистые мультиферроики Co/ЦТС (ЦТС – сегнетоэлектрическая керамика на основе цирконата титаната свинца состава PbZr0,45Ti0,55O3 с термостабильным плоскопараллельным интерфейсом сегнетоэлектрик/ферромагнетик), обладающие воспроизводимыми низкочастотными магнитоэлектрическими характеристиками при комнатной температуре. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) поперечного сечения исследована граница раздела слоя кобальта толщиной до нескольких микрометров с толстой керамической подложкой цирконата – титаната свинца. Показано, что использование барьерного слоя диоксида титана TiO2 вместо ЦТС позволяет добиться улучшения качества интерфейса за счет уменьшения длительности ионно-лучевой планаризации сегнетоэлектрической подложки, а также исключить образование промежуточных химических соединений. На основе данных рентгенофазового анализа (РФА) сделан вывод об аморфности слоя TiO2, который по сравнению с кристаллическим позволяет более равномерно, без искажений, передавать внутренние напряжения, возникающие между сегнетоэлектрической подложкой и ферромагнитным слоем. Это приводит к более эффективному магнитоэлектрическому взаимодействию и значительному по величине (в единицы – десятки мВ/А) низкочастотному магнитоэлектрическому эффекту при комнатной температуре. Магнитоэлектрические измерения показали, что использование диоксида титана вместо ЦТС при соответствующих режимах планаризации приводит к увеличению низкочастотного магнитоэлектрического эффекта до 5 мВ/(см ∙Э) по сравнению со структурами с напылением планаризующего слоя ЦТС, где величина данного эффекта составляет 2 мВ/(см ∙Э). Эти результаты позволяют улучшить характеристики указанных структур при использовании в качестве чувствительных элементов в устройствах формирования – обработки информации и датчиков магнитного поля на основе магнитоэлектрического эффекта.

Стогний А. И., Шарко С. А., Серокурова А. И., Новицкий Н. Н., Поддубная Н. Н., Кецко В. А. Применение барьерных слоев диоксида титана для формирования мультиферроиков ферромагнетик/сегнетоэлектрик. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2020;65(2):145-152. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-2-145-152

Цитирование

Список литературы

1. Пятаков, А.П. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики / А.П. Пятаков, А.К. Звездин // Успехи физ. наук. – 2012. – Т. 182, № 5. – С. 593–620. https://doi.org/10.3367/UFNr.0182.201206b.0593

2. Белоус, А. Г. Мультиферроики: синтез, структура и свойства / А.Г. Белоус, О.И. Вьюнов // Украин. хим. журн. – 2012. – Т. 78, № 7. – С. 41–70.

3. Смоленский, Г. А. Сегнетомагнетики / Г. А. Смоленский, И. Е. Чупис // Успехи физ. наук. – 1982. – Т.137, № 4. – С. 415–448. https://doi.org/10.3367/UFNr.0137.198207b.0415

4. Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status, and future directions / Nan Ce-Wen [et al.] // J. Appl. Phys. – 2008. – Vol. 103, iss. 3. – P. 031101-1. https://doi.org/10.1063/1.2836410

5. Giant Magneto-Electric Effect in Laminate Composites / S. X. Dong [et al.] // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. – 2003. – Vol. 50. – P. 1236–1239. https://doi.org/10.1080/09500830310001621605

6. Novel magnetoelectric bilayer and multilayer structures of magnetostrictive and piezoelectric oxides / G. Srinivasan [et al.] // Phys. Rev. B: Condens. Matter. – 2001. – Vol. 64. – 214408-1-6. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.214408

7. Перов, Н.С. Резонансное магнитоэлектрическое взаимодействие в несимметричной биморфной структуре ферромагнетик-сегнетоэлектрик. / Н. С. Перов, Л.Ю. Фетисов, Ю. К. Фетисов // Письма в Журн. техн. физики. – 2011. – Т. 37, вып. 6. – C. 1–7.

8. Srinivasan, G. Influence of bias electrical field on magnetoelectric interactions in ferromagnetic-piezoelectric layered structures / G. Srinivasan, Y. K. Fetisov, L. Y. Fetisov // Appl. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 94. – P.132507-3. https://doi.org/10.1063/1.3114406.

9. Формирование плоскопараллельной межфазной границы в гетероструктуре Ni/PbZr0.2Ti0.8O3 / А. И. Стогний [и др.] // Неорган. материалы. – 2012. – Т. 48, №8. – С. 947–951.

10. Магнитоэлектрический эффект в планарных структурах аморфный ферромагнетик FeNiSiC – пьезоэлектрик / Л.Ю. Фетисов [и др.] // Журн. техн. физики. – 2011. – Т. 81, № 4. – C. 56–61.

11. Preparation and investigation of the magnetoelectric properties in layered cermet structures / A. I. Stognij [et al.] // Ceramics International. – 2019. – Vol. 45, № 10. – P. 13030–13036. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.234

12. Магнитоэлектрический эффект в структурах на основе металлизированных подложек арсенида галлия / В. М. Лалетин [и др.] // Письма в Журн. техн. физики. – 2014. – Т. 40, №21. – С. 71–78.

13. Processing, Structure, Properties, and Applications of PZT Thin Films / N. Izyumskaya [et al.] // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. – 2007. – Vol. 32, №3. – P. 111–202. https://doi.org/10.1080/10408430701707347

14. Magnetoelectric effects in porous ferromagnetic-piezoelectric bulk composites: Experiment and theory / V.M. Petrov [et al.] // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 75. – P. 174422. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.174422

15. Dependence of magnetoelectric effect in layered lead zirconate-titanate/nickel heterostructures on the interface type / N. N. Poddubnaya [et al.] // Funct. Mater. – 2010. – Vol. 17, №3. – P. 329–334.

16. Ziegler, J.F. The Stopping and Range of Ions in Solids / J. F. Ziegler, J.P. Birsack, U. Littmark. – New York: Pergamon Press, 1985. – 485 p.

17. О визуализации области магнитоэлектрического взаимодействия тонкого слоя ферромагнетика на сегнетоэлектрической подложке / А.И. Стогний [и др.] // Неорган. материалы. – 2019. – Т. 55, № 3. – С. 311–316.

18. Ионно-лучевая инженерия многослойной наноструктуры Co/TiO2 / А.И. Стогний [и др.] // Письма в Журн. техн. физики. – 2010. – Т. 36, вып. 9. – С. 73–81.

Источник

Информация

Автор

Стогний А. И. Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению
Шарко С. А. Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению
Серокурова А. И. Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению
Новицкий Н. Н. Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению
Поддубная Н. Н. Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси
Кецко В. А. Институт общей и неорганической химии Российской академии наук

Страницы

145-152

Год издания

2020

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук