基于非对称PZT基的磁电耦合效应及其应用研究

摘要

随着科学技术的不断发展，具备可调性的磁性器件成为越来越迫切的需求。传统可调磁性器件是通过电磁铁或者电流线圈产生磁场来实现，这使得器件体积臃肿、能耗巨大、调节速度缓慢、噪声大。具备磁电耦合效应的磁电材料的研究，为解决这一问题提供了新的途径，即用电压代替电磁铁或电流线圈产生的磁场，实现对磁性器件的调控。因此，研究磁电耦合效应，实现电压对磁特性的调控、特别是非易失性的调控具有非凡的实践意义。
　　本文以铁磁/压电层合结构作为磁电材料的基本结构，选取特定的，压电系数大的PZT陶瓷作为压电层。其中，该PZT的应变-电场（S-E）曲线呈现出显著的非对称性，通过施加不同电压脉冲的方式，可以使其处于三种残余应变状态A、C、D，表现为应变记忆效应。本文分别以磁控溅射的方式制备了FeCoB/PZT、FeSiBC/PZT，以粘接的方式制备了Metglas/PZT。通过施加不同的脉冲电场，在FeCoB、FeSiBC、Metglas中分别实现了14.8Oe、21Oe和15.5Oe的等效磁场调控。在Metglas/PZT中，通过施加不同的持续电场，实现了37Oe的等效磁场调控。
　　特别的，在 FeSiBC/PZT中观察到磁化强度的“钉扎”现象，即对PZT施加一定幅度的持续电场或脉冲电场，FeSiBC的磁化强度几乎不变。根据这一现象认为，以磁控溅射方式制备的FeSiBC/PZT，其实现磁电耦合的机制，除了应变传递之外，还有其他某种机制的联合作用。而以粘接方式制备的 Metglas/PZT,则是完全依靠应变传递来实现磁电耦合。
　　最后，以Metglas/PZT作为磁芯，制备了电压可调的电感器件。在1kHz情况下，实现了电压对电感量176.7％（(Lmax-Lmin)?Lmin）的调制。同时，通过施加不同的电压脉冲，可得到三个非易失的电感值，其感值调节量为32%（(Lc-LA)?LA）、38%（(LD-LA)?L??）。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 磁电耦合效应及其表征

1.3 磁电材料的研究进展

1.4 磁电耦合的应用研究进展

1.5 电场对磁性的非易失性调控

1.6 本论文的主要研究内容和章节安排

第二章 层状复合磁电材料耦合效应的相关理论

2.1 压电材料

2.2 磁致伸缩材料

2.3 层状复合磁电材料的应变传递耦合理论

2.4 本章小结

第三章 非对称PZT的非易失性研究

3.1 引言

3.2 PZT逆压电效应测试系统搭建

3.3 PZT非易失性研究

3.4 本章小结

第四章 磁性薄膜/PZT磁电耦合效应研究

4.1 引言

4.2 镀膜技术及表征技术

4.3 FeCoB/PZT磁电耦合效应研究

4.4 FeSiBC/PZT磁电耦合效应研究

4.5 本章小结

第五章 Metglas/PZT磁电耦合效应及应用研究

5.1 引言

5.2 Metglas简介

5.3 Metglas/PZT磁电耦合效应研究

5.4 基于Metglas/PZT的电压可调电感

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究总结

6.2 后续展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间取得的研究成果