A. P. Nosov, I. V. Gribov , N. A. Moskvina, A. V. Druzhinin, V. I. Osotov
THIN FILM FeGa-FeCoGa/Metglas/LGT STRUCTURES FOR MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSORS
DOI: 10.17804/2410-9908.2018.6.117-125 The paper studies the influence of the composition of a graded magnetostrictive layer on the magnetoelectric effect in three-layered laminated structures of the type composite magnetostrictive ferromagnet / ferroelectric / composite magnetostrictive ferromagnet. A single crystal of La3Ga5.5Ta0.5O14 (lanthanum gallium tantalite) is used as the ferroelectric. The graded magnetostrictive layer consists of a Metglas-type amorphous ribbon with magnetostrictive Galfenol thin films of either Fe0.72Ga0.28 or Fe0.62Co0.19Ga0.19 compositions deposited on it by pulsed laser deposition. The dc and ac magnetic field dependences of the magnetoelectric effect are investigated in the frequency range from 20 Hz to 10 kHz. Magnetic noise is investigated at frequencies ranging between 0.5 and 14 Hz. It is shown experimentally that the deposition of the Fe0.62Co0.19Ga0.19 films increases the value of the magnetoelectric voltage coefficient and decreases magnetic noise. The results can be useful in the development of magnetoelectric sensors of dc and ac magnetic fields for
nondestructive testing at elevated temperatures.
Acknowledgement: The work was performed within the state assignment from the Ministry of Education of Russia (Spin, No. АААА-А18-118020290104-2). Keywords: nondestructive testing, magnetic field sensor, magnetoelectric effect, amorphous alloy, thin films, Galfenol, lanthanum gallium tantalate References:
1. Lawes G., Srinivasan G. Introduction to magnetoelectric coupling and multiferroic films. J. Phys. D: Appl. Phys., 2011, vol. 44. pp. 243001. DOI: 10.1088/0022-3727/44/24/243001.
2. Petrov V.M., Srinivasan G. Enhancement of magnetoelectric coupling in functionally graded ferroelectric and ferromagnetic bilayers. Phys. Rev. B, 2008, vol.78, pp. 84421. DOI: 10.1103/PhysRevB.78.184421.
3. Mandal S.K., Sreenivasulu G., Petrov V.M., Srinivasan G. Flexural deformation in a compositionally stepped ferrite and magnetoelectric effects in a composite with piezoelectrics. Appl. Phys. Lett., 2010, vol. 96, pp. 192502. DOI: 10.1063/1.3428774.
4. Magnetic Alloy 2605SA1 (iron-based). Tech. Bulletin, ref: 2605SA106192009, Metglas Inc., Conway, SC, 2009.
5. Passamani E.C., Larica C., Moscon P.S., Zelis P.M., Sanchez F.H. Out-of-plane anisotropy and low field induced magnetic domain reorientation in Al/Metglas-2605S2/Al trilayer sensors. J. Appl. Phys., 2011, vol. 110, pp. 043906. DOI: 10.1063/1.3622339.
6. Gribov I.V., Osotov V.I., Nosov A.P., Petrov V.M., Sreenivasulu G., Srinivasan G. Magneto-electric effects in functionally stepped magnetic nanobilayers on ferroelectric substrates: Observation and theory on the influence of interlayer exchange coupling. Journal of Applied Physics, 2014, vol. 115, pp. 193909–193908. DOI: 10.1063/1.4878458.
7. More-Chevalier J., Lüders U., Cibert C., Nosov A., Domengès B., Bouregba R., Poullain G. Magnetoelectric coupling in Pb(Zr,Ti)O3–Galfenol thin film heterostructures. Applied Physics Letters, 2015, vol. 107, pp. 252903–252906. DOI: 10.1063/1.4938218.
8. Sreenivasulu G., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Srinivasan G. Piezoelectric single crystal langatate and ferromagnetic composites: Studies on low-frequency and resonance magnetoelectric effects. Applied Physics Letters, 2012, vol. 100, pp. 052901. DOI: 10.1063/1.3679661.
9. Sreenivasulu G., Qu P., Piskulich E., Petrov V.M., Fetisov Y.K., Nosov A.P., Qu H., Srinivasan G. Shear strain mediated magneto-electric effects in composites of piezoelectric lanthanum gallium silicate or tantalate and ferromagnetic alloys. Applied Physics Letters, 2014, vol. 105, pp. 32409–32408. DOI: 10.1063/1.4891536.
10. Available at: http://www.newpiezo.com/ru/langatate.html
11. Available at: http://www.gammamet.ru/ru/gm440a.htm
12. Atulasimha J., Flatau A.B. A review of magnetostrictive iron-gallium alloys. Smart Materials and Structures, 2011, vol. 20, pp. 043001. DOI: 10.1088/0964-1726/20/4/043001.
13. Jen S.U., Tsai T.L., Kuo P.C., Chi W.L., Cheng W.C. Magnetostrictive and structural properties of FeCoGa films. J. Appl. Phys., 2010, vol. 107, pp. 013914. DOI: 10.1063/1.3284962.
14. Available at: http://www.optosystems.ru/eng/index.php
15. Sreenivasulu G., Petrov V.M., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Srinivasan G. Magnetoelectric interactions in layered composites of piezoelectric quartz and magnetostrictive alloys. Physical Review B, 2012, vol. 86, pp. 214405. DOI: 10.1103/PhysRevB.86.214405.
А. П. Носов, И. В. Грибов, Н. А. Москвина, А. В. Дружинин, В. И. Осотов
ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ FeGa-FeCoGa/Metglas/LGT ДЛЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Исследовано влияние состава композитного магнитострикционного слоя на магнитоэлектрический эффект в трехслойных ламинатных структурах типа композитный магнитострикционный ферромагнетик (сегнетоэлектрик) композитный магнитострикционный ферромагнетик. В качестве сегнетоэлектрика использован монокристалл лантангаллиевого танталата La3Ga5,5Ta0,5O14. Композитный магнитострикционный ферромагнетик состоял из аморфной ленты сплава типа «Метглас», на поверхность которой импульсным лазерным осаждением были нанесены тонкие магнитострикционные пленки типа «галфенол» составов Fe0,72Ga0,28 или Fe0,62Co0,19Ga0,19. Исследованы зависимости магнитоэлектрического эффекта от статических и переменных магнитных полей в диапазоне частот от 20 Гц до 10 кГц и магнитных шумов в области частот 0,5–14 Гц. Экспериментально показано, что нанесение магнитострикционных пленок состава Fe0,62Co0,19Ga0,19 позволяет увеличить величину магнитоэлектрического коэффициента по напряжению и снизить уровень магнитных шумов. Результаты могут быть использованы для разработки магнитоэлектрических датчиков статических и переменных магнитных полей в системах магнитного неразрушающего контроля, эксплуатируемых при повышенных температурах.
Благодарность: Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема «Спин», № АААА-А18-118020290104-2). Ключевые слова: неразрушающий контроль, датчик магнитного поля, магнитоэлектрический эффект, аморфный сплав, тонкие пленки, галфенол, лантангаллиевый танталат Библиография:
1. Lawes G., Srinivasan G. Introduction to magnetoelectric coupling and multiferroic films // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2011. – Vol. 44. – P. 243001. – DOI: 10.1088/0022-3727/44/24/243001.1. Lawes G., Srinivasan G. Introduction to magnetoelectric coupling and multiferroic films // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2011. – Vol. 44. – P. 243001. – DOI: 10.1088/0022-3727/44/24/243001.
2. Petrov V. M., Srinivasan G. Enhancement of magnetoelectric coupling in functionally graded ferroelectric and ferromagnetic bilayers // Phys. Rev. B. – 2008. – Vol. 78. – P. 184421. – DOI: 10.1103/PhysRevB.78.184421.
3. Flexural deformation in a compositionally stepped ferrite and magnetoelectric effects in a composite with piezoelectrics / S. K. Mandal, G. Sreenivasulu, V. M. Petrov, G. Srinivasan // Appl. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 96. – P. 192502. – DOI: 10.1063/1.3428774.
4. Magnetic Alloy 2605SA1 (iron-based) // Tech. Bulletin . ref: 2605SA106192009. – Metglas Inc., Conway, SC, 2009.
5. Out-of-plane anisotropy and low field induced magnetic domain reorientation in Al/Metglas-2605S2/Al trilayer sensors / E. C. Passamani, C. Larica, P. S. Moscon, P. M. Zelis, F. H. Sanchez // J. Appl. Phys. – 2011. – Vol. 110. – P. 043906. – DOI: 10.1063/1.3622339.
6. Magneto-electric effects in functionally stepped magnetic nanobilayers on ferroelectric substrates: Observation and theory on the influence of interlayer exchange coupling / I. V. Gribov, V. I. Osotov, A. P. Nosov, V. M. Petrov, G. Sreenivasulu, G. Srinivasan // Journal of Applied Physics. – 2014. – Vol. 115. – P. 193909–193908. – DOI: 10.1063/1.4878458.
7. Magnetoelectric coupling in Pb(Zr,Ti)O3–Galfenol thin film heterostructures / J. More-Chevalier, U. Lüders, C. Cibert, A. Nosov, B. Domengès, R. Bouregba, G. Poullain // Applied Physics Letters. – 2015. – Vol. 107. – P. 252903–252906. – DOI: 10.1063/1.4938218.
8. Piezoelectric single crystal langatate and ferromagnetic composites: Studies on low-frequency and resonance magnetoelectric effects / G. Sreenivasulu, L. Y. Fetisov, Y. K. Fetisov, G. Srinivasan // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 100. – P. 052901. – DOI: 10.1063/1.3679661.
9. Shear strain mediated magneto-electric effects in composites of piezoelectric lanthanum gallium silicate or tantalate and ferromagnetic alloys / G. Sreenivasulu, P. Qu, E. Piskulich., V. M. Petrov, Y. K. Fetisov, A. P. Nosov, H. Qu, G. Srinivasan // Applied Physics Letters. - 2014. – Vol. 105. – P. 32409–32408. – DOI: 10.1063/1.4891536.
10. URL: http://www.newpiezo.com/ru/langatate.html
11. URL: http://www.gammamet.ru/ru/gm440a.htm
12. Atulasimha J., Flatau A. B. A review of magnetostrictive iron–gallium alloys // Smart Mater. Struct. – 2011. – Vol. 20. – P. 043001. – DOI: 10.1088/0964-1726/20/4/043001.
13. Magnetostrictive and structural properties of FeCoGa films / S. U. Jen, T. L. Tsai, P. C. Kuo, W. L. Chi, W. C. Cheng // J. Appl.Phys. – 2010. – Vol. 107. – P. 013914. – DOI: 10.1063/1.3284962.
14. URL: http://www.optosystems.ru/eng/index.php
15. Magnetoelectric interactions in layered composites of piezoelectric quartz and magnetostrictive alloys / G. Sreenivasulu, V. M. Petrov, L. Y. Fetisov, Y. K. Fetisov, G. Srinivasan // Physical Review B. – 2012. – Vol. 86. – P. 214405. – DOI: 10.1103/PhysRevB.86.214405.
     
Библиографическая ссылка на статью
Thin Film Fega-Fecoga/metglas/lgt Structures for Magnetoelectric Magnetic Field Sensors / A. P. Nosov, I. V. Gribov, N. A. Moskvina, A. V. Druzhinin, V. I. Osotov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2018. - Iss. 6. - P. 117-125. - DOI: 10.17804/2410-9908.2018.6.117-125. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2018-6/2018-6_231.html (accessed: 22.12.2024).
|
