The influence of microstructure on the magnetoelectric effect in ceramic composites

• Autorzy: Bartkowska J. A. , Bochenek D. , Michalik D. , Niemiec P.

Warianty tytułu

PL

Wpływ mikrostruktury na efekt magnetoelektryczny w kompozytach ceramicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the multiferroic composite material, the ferroelectric and ferromagnetic properties are closely correlated through the coupling interaction between the electric and magnetic orders. We attempted to receive the magnetoelectric composite materials and to determine the values of magnetoelectric coupling coefficient. The microstructure of obtained ferroelectric-ferromagnetic composite materials were also studied. The main component of the ferroelectric-ferromagnetic composite was PZT type powder (with ferroelectric properties) which was synthesized using the sintering of a mixture of simple oxides in a solid phase. The second element of the ferroelectric-ferromagnetic composite was the ferrite powder with ferromagnetic properties. The ferrite powder was synthesized using calcination. Next, the mixed components were compacted by pressing, consequently pressureless sintered and characterized. Based on the theoretical model of coupling between ferroelectric and ferromagnetic properties in multiferroic composites, values of the magnetoelectric coupling coefficients were specified.

PL

Ferroelektryczność i ferromagnetyzm w multiferroikowym materiale kompozytowym są ze sobą ściśle związane poprzez oddziaływanie sprzężenia pomiędzy uporządkowaniem elektrycznym i magnetycznym. Podjęto próbę otrzymania magnetoelektrycznego materiału kompozytowego i określono wartości współczynnika sprzężenia magnetoelektrycznego. Zbadano także mikrostrukturę otrzymanego materiału kompozytowego. Głównym składnikiem kompozytu ferroelektryczno-ferromagnetycznego był proszek typu PZT o ferroelektrycznych właściwościach, który zsyntezowano z mieszaniny prostych tlenków w fazie stałej. Drugim składnikiem kompozytu ferroelektryczno-ferromagnetycznego był proszek ferrytowy o właściwościach ferromagnetycznych. Proszek ferrytowy zsyntezowano metodą kalcynacji. Następnie mieszanina składników została zagęszczona poprzez prasowanie i poddana swobodnemu spiekaniu. Wartości współczynnika sprzężenia magnetoelektrycznego zostały określone na podstawie teoretycznego modelu sprzężenia pomiędzy właściwościami ferroelektrycznymi i ferromagnetycznymi w kompozycie multiferroikowym.

Słowa kluczowe

EN

magnetoelectric composite; magnetoelectric coupling coefficient; microstructure; multiferroics

PL

kompozyt magnetoelektryczny; współczynnik sprzężenia magnetoelektrycznego; mikrostruktura finalna; multiferroiki

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 3
• Strony: 229--234
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Bartkowska J. A.

• Department of Materials Science, Faculty of Computer Science and Material Science, University of Silesia, 12 Żytnia St., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Bochenek D.

• Department of Materials Science, Faculty of Computer Science and Material Science, University of Silesia, 2 Śnieżna St., 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Michalik D.

• Institute of Materials Science, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, Silesian University of Technology, 40-019 Katowice ul. Krasińskiego 8, Poland

autor

Niemiec P.

• Department of Materials Science, Faculty of Computer Science and Material Science, University of Silesia, 2 Śnieżna St., 41-200 Sosnowiec, Poland

Bibliografia

• [1] Yang, C. H., Seidel, J., Kim, S. Y., Rossen, P. B., Yu, P., Gajek, M., Chu, Y. H., Martin, L. W., Holcomb, M. B., He, Q., Maksymovych, P., Balke, N., Kalinin, S. V., Baddorf, A. P., Basu, S. R., Scullin, M. L., Ramesh R.: Electric modulation of conduction in multiferroic Ca-doped BiFeO3 films, Nat. Mat., 8, (2009), 485-493.
• [2] Tokura, Y.: Multiferroics as Quantum Electromagnets, Science, 312, (2006), 1481-1482.
• [3] Kimura, T., Goto, T., Shintani, H., Ishizaka, K., Arima, T., Tokura, Y.: Magnetic control of ferroelectric polarization, Nature (London), 426, (2003), 55-58.
• [4] Vopsaroiu, M., Blackburn, J. F., Cain, M. G.: A new magnetic recording read head technology based on the magneto-electric effect, J. Phys. D, 40, (2007), 5027-5033.
• [5] Neaton, J. B., Ederer, C., Waghmare, U. V., Spaldin ,N. A., Rabe, K. M.: First-principles study of spontaneous polarization in multiferroic BiFeO3, Phys. Rev. B, 71, (2005), 014113_1-014113_8.
• [6] Ming Li, Ziyao Zhou, Ming Liu, Jing Lou, D. E. Oates, G. F. Dionne, Ming L. Wang, Nian X Sun: Novel NiZnAl-ferrites and strong magnetoelectric coupling in NiZnAl-ferrite/PZT-multiferroic heterostructures, J. Phys. D: Appl. Phys., 46, (2013), 275001.
• [7] Liu, M., Obi, O., Cai, Z., Lou, J., Yang, G., Ziemer, K. S., Sun, N. X.: Electrical tuning of magnetism in Fe3O4/PZN–PT multiferroic heterostructures derived by reactive magnetron sputtering, J. Appl. Phys., 107, (2010), 073916-073916-6.
• [8] Ramana, M. V., Reddy, N. R., Murty, B. S., Murthy, V. R. K., Kumar, K. V. S.: Ferromagnetic-Dielectric Ni0.5Zn0.5Fe1.9O4−δ/PbZr0.52Ti0.48O3 Particulate Composites: Electric, Magnetic, Mechanical, and Electromagnetic Properties, Adv. Cond. Matter Phys., (2010), 763406.
• [9] Bochenek, D., Niemiec, P., Zachariasz, R., Chrobak, A., Ziółkowski, G.: Ferroelectric-ferromagnetic composites based on PZT type powder and ferrite powder, Arch. Metall. Mater., 58, (2013), 1013-1017.
• [10] Van Suchtelen, J.: Product properties: a new application of composite materials, Philips Res. Rep., 27, (1972), 28-37.
• [11] Nan, C.-W.: Magnetoelectric effect in composites of piezoelectric and piezomagnetic phases, Phys. Rev. B, 50, (1994), 6082-6087.
• [12] Newnham, R. E., Skinner, D. P., Cross, L. E.: Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites, Mater. Res. Bull., 13, (1978), 525-536.
• [13] Bartkowska, J. A., Dercz, J.: Determination of the magnetoelectric coupling coefficient from temperature dependences of the dielectric permittivity for multiferroic ceramics Bi5Ti3FeO15, J. Exp. Theor. Phys., 117, (2013), 875-878.
• [14] Wang, J., Neaton, J. B., Zheng, H., Nagarajan, V., Ogale, S. B., Liu, B., Viehland, D., Vaithyanathan, V., Schlom, D. G., Waghmare, U. V., Spaldin, N. A., Rabe, K. M., Wuttig, M., Ramesh, R.: Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures, Science, 299, (2003), 1719-1722.
• [15] Spaldin, N. A., Fiebig, M.: The renaissance of magnetoelectric multiferroics, Science, 309, (2005), 391-392.
• [16] Fiebig, M.: Revival of the magnetoelectric effect, J. Phys. D: Appl. Phys., 38, (2005), R123-R152
• [17] Eerenstein, W., Mathur, N. D., Scott, J. F.: Multiferroic and magnetoelectric materials, Nature (London), 442, (2006), 759-765.
• [18] Ni, Y., Khachaturyan, A. G.: Phase field approach for strain-induced magnetoelectric effect in multiferroic composites, J. Appl. Phys., 102, (2007), 113506_1-113506_10.