The Magnetoelectric Effect of a Ni0.3Zn0.62Cu0.08Fe2O4 - PbFe0.5Nb0.5O3 Multilayer Composite

• Autorzy: Guzdek P. , Sikora M. , Góra Ł. , Kapusta Cz.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0169

Warianty tytułu

PL

Efekt magnetoelektryczny w warstwowym kompozycie Ni0.3Zn0.62Cu0.08Fe2O4 - PbFe0.5Nb0.5O3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The magnetoelectric effect in multiferroic materials has been widely studied for its fundamental interest and practical applications. The magnetoelectric effect observed for single phase materials like Cr₂O₃, BiFeO₃, and Pb(Fe_0.5Nb_0.5)O₃ is usually small. A much larger effect can be obtained in composites consisting of magnetostrictive and piezoelectric phases. This paper investigates the magnetoelectric effect of a multilayer (laminated) structure consisting of 6 nickel ferrite and 7 PFN relaxor layers. It describes the synthesis and tape casting process for Ni_0.3Zn_0.5Cu_0.08Fe₂O₄ ferrite and relaxor PbFe_0.5Nb_0.5O₃ (PFN). Magnetic hysteresis, ZFC - FC curves and dependencies of magnetization versus temperature for PFN relaxor and magnetoelectric composite were measured with a vibrating sample magnetometer (VSM) in an applied magnetic field up to 85 kOe at a temperature range of 10 – 400 K. Magnetoelectric effect at room temperature was investigated as a function of a static magnetic field (0.3 - 6.5 kOe) and the frequency of sinusoidal magnetic field (0.01 - 6.5 kHz). At lower magnetic field, the magnetoelectric coefficient increases slightly before reaching a maximum and then decreases. The magnetoelectric coefficient aME increases continuously as the frequency is raised, although this increase is less pronounced in the 1-6.5 kHz range. Maximum values of the magnetoelectric coefficient attained for the layered composites exceed about 50 mV/(Oe cm).

PL

Materiały kompozytowe wykazujące efekt magnetoelektryczny są obecnie szeroko badane zarówno dla celów poznawczych jak i aplikacyjnych. Szczególny nacisk kładzie się na kompozyty ferrytowo – relaksorowe, w których efekt magnetoelektryczny jest znacznie większy niż w materiałach jednofazowych. W opracowaniu przedstawiono technologię wytwarzania wielowarstwowego kompozytu ceramicznego składającego się z magnetycznych warstw ferrytu Ni_0.3Zn_0.62Cu_0.08Fe₂O₄ rozdzielonych warstwami ferroelektryka PbFe_0.5Nb_0.5O₃. Przedstawiono wyniki badań właściwości magnetycznych otrzymanego kompozytu. Badania te przeprowadzono przy użyciu magnetometru wibracyjnego w szerokim zakresie temperatur (10K- 400K) w polu magnetycznym dochodzącym do 85 kOe. Wykonano pomiary efektu magnetoelektrycznego w temperaturze pokojowej w zależności od częstotliwości zmiennego pola magnetycznego (0.01 - 6.5 kHz) oraz natężenia stałego pola magnetycznego (0.3 - 6.5 kOe). Współczynnik magnetoelektryczny najpierw rośnie, osiąga maksimum a następnie lekko maleje ze wzrostem natężenia stałego pola magnetycznego. Współczynnik magnetoelektryczny badanego kompozytu rośnie ze wzrostem częstotliwości sinusoidalnego zmiennego pola magnetycznego osiągając maksymalną wartość około 50 mV/(Oe cm).

Słowa kluczowe

EN

tape casting; multilayer composite; magnetic properties; magnetoelectric effect

PL

odlewanie taśmy; kompozyt warstwowy; własności magnetyczne; efekt magnetoelektryczny

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 3
• Strony: 1011--1015
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Guzdek P.

• Institute of Electron Technology Cracow Division, 39 Zabłocie Str., 30-701 Kraków, Poland

autor

Sikora M.

• AGH University of Science and Technology, Solid State Physics Department, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Góra Ł.

• AGH University of Science and Technology, Solid State Physics Department, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Kapusta Cz.

• AGH University of Science and Technology, Solid State Physics Department, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] M. Fiebig, Revival of the magnetoelectric effect, J. Phys. D: Appl. Phys. 38, R123 (2005).
• [2] R. Grössinger, G. V. Duong, R. Sato-Turtelli, The physics of magnetoelectric composites, J. Magn. Magn. Mater. 320, 1972 (2008).
• [3] Y. K. Fetisov, K. E. Kamentsev, A. Y. Ostashchenko, Magnetoelectric effect in multilayer ferrite – piesoelectric structures, J. Magn. Magn. Mater. 272-276, 2064 (2004).
• [4] D. Bochenek, P. Niemiec, R. Zachariasz, A. Chrobak, G. Ziółkowski, Ferroelectric-ferromagnetic composites based on PZT type powder and ferrite powder, Arch. Metall. Mater. 58, 4, 1013-1017 (2013).
• [5] R. Zachariasz, J. A. Bartkowska, D. Bochenek, P. Niemiec, Internalfriction in the ferroelectric-ferromagnetic composites, Arch. Metall. Mater. 58, 4, 1327-13330 (2013).
• [6] J. Kulawik, P. Guzdek, D. Szwagierczak, A. Stoch, Dielectric and magnetic properties of bulk and layered tape cast CoFe2O4 - Pb(Fe1/2Ta1/2)O3 composites, Comps. Struct. 92, 2153 (2010).
• [7] M. Venkata Ramanaa, N. Ramamanohar Reddy, G. Sreenivasulu, K.V. Siva Kumar, B.S. Murty, V.R.K. Murthy, Enhanced magnetoelectric voltage in multiferroic particulate Ni0.83Co0.15Cu0.02Fe1.9O4-σ/PbZr0.52Ti0.48O3 composites – dielectric, piezoelectric and magnetic properties, Cur. Appl. Phys. 9, 1134 (2009).
• [8] S. A. Solopan, O. I. V'yunow, A. G. Belous, A. I. Tovstolytkin, L. L. Kovalenko, Magneto-electric effect in composite structures based on ferroelectric/ferromagnetic Perovskites, J. Eur. Ceram. Soc. 30, 259 (2010).
• [9] P. Guzdek, J. Kulawik, K. Zaraska, A. Bieńkowski, NiZnCuFe ferrite applied for LTCC microin-ductor, J. Magn. Magn. Mater. 322, 2897 (2010).
• [10] P. A. Joy, S. K. Date, Effect of sample shape on the zero-field-cooled magnetization behavior: comparative studies on NiFe2O4, CoFe2O4 and SrFe12O19, J. Magn. Magn. Mater. 222, 33 (2000).
• [11] D. Bochenek, P. Guzdek, Ferroelectric and magnetic properties of ferroelectro-magnetic PbFe1/2Nb1/2O3 type ceramics, J. Magn. Magn. Mater. 323, 369 (2011).
• [12] G. V. Duong, R. Grössinger, M. Schoenhart, D. Bueno-Basques, The lock-in technique for studying magnetoelectric effect, J. Magn. Magn. Mater. 316, 390 (2007).
• [13] G. M. Rotaru, B. Roessli, A. Amato, S. N. Gvasaliya, C. Mudry, S. G. Lushnikov, T. A. Shaplygina, Spin-glass state and long-range magnetic order in Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 seen via neutron scattering and muon spin rotation, Phys. Rev. B 79, 184430 (2009).
• [14] U. Laletsin, N. Padubnaya, G. Srinivasan, C. P. Devreugd, Frequency dependence of magnetoelectric interactions in layered structures of ferromagnetic alloys and piezoelectric oxides, Appl. Phys. A 78, 33 (2004).
• [15] D. V. Chashin, Y. K. Fetisov, K. E. Kamentsev, G. Srinivasan, Resonance magnetoelectric interactions due to bending modes in a nickel-lead zirconate titanate bilayer, Appl. Phys. Lett. 92, 102511-1 –102511-3 (2008).