磁电效应及磁致伸缩铁电复合磁电材料

具有磁电效应的材料
1. 单相材料 对于几乎所有的已经发现的磁电材料，, ME 系数都很低（aE约20
mV/cm Oe）而且在要求温度很低的条件下。随着使用温度升到居里 温度以上时，磁电系数降到零， 这使得他们很难在实际中得到应用。
磁电系数
E 感生的电场强度 H 为外加的磁场强度, 2. 复合材料
Magnetoelectric single phase Materials
Require Very Low Temperature
H
Low Magnetoelectric Effect
The Product property of the Piezoelectric and Magnetostrictive Materials
• Transducers for magnetoelectric conversion
微波领域， 高压输电线路的电流测量， 宽波段磁探测， 磁场感应器等领域
The publications on magnetoelectric
磁电效应的历史
1894 1926 1921 1926 1932 1937 1957
磁电效应及磁致伸缩/铁电 复合磁电材料
wenku.baidu.com要内容
一.什么是磁电效应？
1. 磁电效应的概念
2.磁电效应的历史 3.一些基本的概念
二. 磁电材料
1.单相材料 2.复合材料 3.磁致伸缩/铁电复合材料的设计方法
三.磁致伸缩效应及超磁致伸缩材料Terfenol-D
1.磁致伸缩效应 2. Terfenol-D
样品的磁致伸缩不但与材料的本征性能有关，还与样品中的磁畴结构有关， 因此材料的磁致伸缩特性是用饱和磁致伸缩，即单晶材料饱和磁化时所表现出 的磁致伸缩来表征的。
发生磁致伸缩的原因是磁性离子之间的相互作用能随磁性离子的间距及磁 矩的取向而变化。
常用的磁致伸缩材料可分为金属材料和铁氧体材料两大类。金属材料主要有 镍基合金，铁基合金及稀土铁合金，铁氧体材料主要是镍钴铜尖晶石铁氧体。
2001年, Ryu et al. 测量的Terfenol-D and PZT 三明治结构.
(Tb0.27-0.30Dy0.73-0.70Fe1.90-1.95)
一些概念：
1.磁对称性 (magnetic symmetry) 磁性晶体中磁点阵的对称性。
描写磁对称性的理论称为Heesch—Shubnikov群。其基本概念是 空间一点除用普通的三个坐标x,y,z表示以外，还给每点以第四个 坐标s,s具有两种取值。它可以是离子的自旋，两种取值分别对应 于自旋向上和向下。
P = P0+ χeE+α΄H M=M0 + χm H+α E P0和M0分别是自发极化强度和自发磁化强度 5.磁致伸缩效应(magnetostrictive effect)
磁性材料在磁化时，所引起的弹性形变，叫做磁致伸缩。线伸缩一般为10-6 到10-5的数量级，体伸缩一般为10-10的量级，所以常忽略。
2.磁点阵（magnetic lattice)
它是晶体中由属性相同，磁矩相同的质点组成的点阵，一般说来，
它分为7个晶系，36种Bravais点阵，90种点群，1421种空间群
3.尼尔温度TN（ Neel temperature)
它为反铁磁相变点，在尼尔温度TN以下,反铁磁物质呈现畴结构，在每个
畴内磁矩为反铁磁序排列，无自发磁化，在TN以上为顺磁态。磁化率同
在Cr2O3中测量到 MEE效应 在Cr2O3中测量到MEH效应
磁电效应的历史
1972年荷兰Philips实验室的Van Suchtelen首先把铁磁相如
CoFe 2O4与铁电相如BaTiO3；混在一起共熔原位复合制得了第 一个铁电—铁磁复合材料(磁电转换系数dE／dH值达163mV／ cm·Oe )。
铁磁性一样，大体遵守Curie—Weiss定律
χ＝
C/(T-θ)
所不同的是顺磁Curie温度θ为负值
4.铁电－铁磁体（ferroelectric-ferromagnetics)
是指具有铁电性又有铁磁性的物质。由于这类物质一方面呈现铁电性（反 铁电性），同时又有铁磁性（或反铁磁性）因而可用电场控制磁参量，或者 用磁场控制电参量（如光开关，光全息存储及显示体系，微波区域的相变换， 磁电换能器）。在外场E,H的作用下，单畴铁电，铁磁的极化强度P和磁化 强度，只取E,H的一次项表示为
1978年，Philips实验室的Boomgaard等通过BaTiO3；粉末与 N也i(获Co得M了n)铁Fe电2O—4粉铁末磁外复加合过材量料T，iO报2，道进的行磁简电单转的换固系相数烧dE结／，dH 最大值为80mV／cm·Oe，虽然上面共熔原位复合材料低了 约40％，但却开创了一种很有发展前景的制备方法.
后来Van den Boomgaard等提出采用磁致伸缩/压电材料复合的方 法来实现磁电转换 H材a料rs提he高测了量许了多C（FO尽/P管ZT比复理合论材预料测a的E=结75果m小V许/cm多O）e, 比以前单相ME Srinivasan 测量了NFO/PZT 多层复合材料 ( using the tape casting technique.) aE 值达到了 1500 mV/cm Oe
四.一些研究实例 五.磁致伸缩理论计算 六.磁热效应
1.磁电效应（Mgnetoelectricity）的概念 ？
磁电效应又称磁场感生电矩效应，或电场感 生磁矩效应．是指在一些铁磁体中，外电场可 以通过改变电子自旋而使系统的磁性性质发生 变化，而外磁场也可以改变系统的电性质．
潜在应用 measurements
1959
1960 1961
PierreCurie Debye Compton Uhlenbeck
Wigner Landau Landau Lifshitz
Landau Lifshitz
Astrov
Folen， Rado,Stalder
预言了材料中磁电效应 提出了“磁电效应”的概念 提出电子量子自旋运动的观点 提出电子既有自旋又有磁动量的观点 引入反对称操作R 发展了他的磁相变理论 理论上证明对某些晶体，压磁和线性磁电效 应应该存在 理论上证明反铁磁体Cr2O3存在线性ME效应