Магнитные и транспортные свойства композитов
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
стали вытеснять металлы и сплавы из таких областей, как самолето-, судо- и автомобилестроение, промышленный дизайн и выбор материала соединились и стали просто различными аспектами одного процесса.
Следует отметить, что наряду с конструкционной анизотропией композита существуют технологическая анизотропия, возникающая при пластической деформации изотропных материалов, и физическая анизотропия, присущая, например, кристаллам и связанная с особенностями строения кристаллической решетки.
По методу получения различают два вида композитов: искусственные и естественные. К искусственным относятся все композиты, полученные в результате искусственного введения армирующей фазы в матрицу, к естественным - сплавы эвтектического и близкого к ним состава. В эвтектических композитах армирующей фазой являются ориентированные волокнистые или пластинчатые кристаллы, образованные естественным путём в процессе направленной кристаллизации.
По мере создания новых композитов старые виды классификации расширяются и могут возникать новые.
При изучении литературы, посвященной магнитным и магнитоэлектрическим композитам, я нашла следующие композиты на основе оксидов, которые синтезированы и изучены:
1. MgFe2O3-BaTiO3 [1];
. BaTiO3 - (Ni, Zn) Fe2O4 [2];
. La0.67Ca0.33MnO3-CuFe2O4 [3];
. (La0.7Ca0.3MnO3)1-x/(MgO)x [4];
. La2/3Ca1/3MnO3/SiO2 [5];
6. La0.7 Sr0.3MnO3/Ta2O5 [6].
1.2 Взаимодействия в композиционных материалах
Взаимодействие электрической и магнитной подсистем в мультиферроиках может проявляться в виде целого ряда эффектов. Практический интерес среди них представляют три:
Линейный МЭ эффект (индуцированная магнитным полем электрическая поляризация и индуцированная электрическим полем намагниченность)
эффекта взаимного МЭ контроля (переключения спонтанной поляризации магнитным полем и спонтанной намагниченности электрическим полем)
эффекта магнитоемкости (изменение диэлектрической постоянной под действием магнитного поля).
Под магнитоэлектрическим (МЭ) эффектом понимают эффект возникновения намагниченности под действием электрического поля и электрической поляризации под действием магнитного поля:
(1.1)
(1.2)
где - намагниченность, - электрическое поле, - поляризация, - магнитное поле, - магнитоэлектрический коэффициент.
Под гигантской магнитоемкостью (giant magnetocapacitance) понимается относительное изменение диэлектрической проницаемости в магнитном поле:
где - диэлектрическая проницаемость материала в магнитном поле , - диэлектрическая проницаемость в отсутствие поля.
В рассматриваемых композитах МЭ-эффект отсутствует как в ферритовом, так и в пьезоэлектрическом компоненте. Его возникновение в композитах связано с пьезомагнитоэлектрическим взаимодействием ферритовой и пьезоэлектрической подсистем. Во внешнем магнитном поле в ферритовом компоненте вследствие пьезомагнитного эффекта возникают механические напряжения и деформации, которые передаются в пьезоэлектрический компонент, что (вследствие пьезоэлектрического эффекта) приводит к возникновению электрических индукции и поля.
Поскольку исследуемый нами композит представляет собой гранулы манганита, разделенные барьером из сегнетоэлектрика PbTiO3, то одним из вкладов в сопротивление будет спин-зависимое туннелирование поляризованных электронов между ферромагнитными гранулами. В гранулах, находящихся в ферромагнитном состоянии, плотность электронных состояний с противоположными спинами различна: наличие ферромагнитного упорядочения спинов приводит к тому, что происходит смещение энергетических электронных подзон по шкале энергии. Энергетическая подзона d-электронов со спинами, параллельными намагниченности гранулы, оказывается практически полностью заполненной, в то время как электронные состояния со спинами, противоположными намагниченности в соседней подзоне, заполнены лишь частично. Вследствие этого, плотность электронных состояний на уровне Ферми в двух подзонах гранулы оказывается различной. В том случае, когда две ферромагнитные гранулы разделены диэлектрическим барьером толщиной несколько нанометров, между ними возможно туннелирование электронов. Однако, вероятность туннелирования будет максимальна лишь тогда, когда ориентация магнитных моментов гранул параллельна (Рис. 1.1 (а)). В этом случае электроны, находящиеся на плотнозаселенном уровне Ферми одной гранулы, могут туннелировать в незанятые состояния (с той же ориентацией спина) соседней гранулы. Если магнитные моменты гранул антипараллельны (Рис. 1.1 (b)), то для электронов с плотнозаселенного уровня Ферми одной гранулы практически нет доступных состояний в соседней грануле и вероятность туннелирования минимальна. Таким образом, туннелирование электронов между ферромагнитными наногранулами зависит от спиновой поляризации электронов и от взаимной ориентации магнитных моментов гранул. [9] Следовательно, управляя намагниченностью гранул, можно влиять на туннельную проводимость системы.
(a)(b)
Рисунок 1.1 Уровни Ферми. а-ориентация гранул параллельна, b-ориентация гранул антипараллельна.
Так как проводящие гранулы разделяет слой сегнетоэлектрика, то помимо эффекта туннельного магнитного сопротвления, влияние на транспортные свойства может оказать внешнее электрическое поле. Использование сегнетоэлектрического туннельного перехода к?/p>