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

Abstract

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 Cr 2 O 3 , BiFeO 3 , and Pb(Fe 0.5 Nb 0.5 )O 3 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 0.3 Zn 0.62 Cu 0.08 Fe 2 O 4 ferrite and relaxor PbFe 0.5 Nb 0.5 O 3 (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 α ME 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).Keywords: Tape casting, Multilayer composite, Magnetic properties, Magnetoelectric effect 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 0.3 Zn 0.62 Cu 0.08 Fe 2 O 4 rozdzielonych warstwami ferroelektryka PbFe 0.5 Nb 0.5 O 3 . 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 natęże-nia stałego pola magnetycznego. Współczynnik magnetoelektryczny badanego kompozytu rośnie ze wzrostem częstotliwości sinusoidalnego zmiennego pola magnetycznego osiągając maksymalną wartość około 50 mV/(Oe cm).

Ferroelectric–Ferromagnetic Ceramic Composites Based on PZT with Added Ferrite

“…The unique properties of ferroics and multiferroics have wide application in various fields of science . They are used to build memory chips thanks to the hysteresis behavior of their ordering parameters, both on the basis of ferromagnetics and ferroelectrics.…”