磁电薄膜与微波作用研究

郑鸿; 杨成韬

doi:10.7498/aps.59.5055

摘要

建立了双层磁电复合薄膜模型,当磁电材料尺寸可以与微波波长相比拟时,微波在传播方向上的偏导不为零,得到了微波与磁电材料作用的非齐次偏微分方程,并在谐振条件下对该方程进行了解析求解.推导出磁电系数和材料等效电学参数的解析表达式,结果表明磁电材料的磁电系数多出相关的耦合项,其大小不但与材料本身参数有关,还与微波在材料中的波速有关;等效导纳多出的耦合项与微波的频率有关.

关键词:

The bilayered magnetoelectric composite model has been analyzed. The non-homogeneous partial differential equation of the magnetoelectric material interacting with the microwave has been obtained in the condition that the partial derivative of the microwave is non-zero along the transmitting direction when the size of the magnetoelectric material is comparable with the wavelength. The analytic solution is solved for the equation at resonant condition, and then the analytic expressions of the magnetoelectric coefficient and the equivalent electric parameters are calculated. The results show that there is a correlative coupling term in excess in the magnetoelectric coefficient,the magnitude of which is related not only to the material parameters, but also to the microwave’s velocity in the material, and the equivalent admittance is related to the microwave’s frequency.

Keywords:

magnetoelectric thin film /
microwave /
non-homogeneous partial differential equation

作者及机构信息

郑鸿,
杨成韬

1.
电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都 610054

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:61363Z)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Electronic Thin Film and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China

参考文献

[1]	Ramesh R, Spaldin N A 2007 Nature Materials 6 21
[2]	Nan C W, Bichurin M I, Dong S X, Viehland A D, Srinivasan G 2008 J. Appl. Phys. 103 31101
[3]	Zhang Y, Deng C Y, Ma J, Lin Y H, Nan C W 2008 Chin. Phys. B 17 1056
[4]	Ma J, Shi Z, Lin Y H, Nan C W 2009 Acta Phys. Sin. 58 5852(in Chinese) [马静、施展、林元华、南策文 2009 物理学报 58 5852]
[5]	Yang F, Wen Y M, Li P, Bian L X 2007 Acta Phys. Sin. 56 3537(in Chinese)[杨帆、文玉梅、李平、卞雷祥 2007 物理学报 56 3537]
[6]	Bichurin M I, Petrov V M, Ryabkov O V, Averkin S V, Srinivasan G 2005 Phys. Rev. B 72 060408
[7]	Bichurin M, Viehland D, Srinivasan G 2007 J. Electro. Ceramics 19 243
[8]	Harshe G, Dougherty J P, Newnham R E 1993 Proc. SPIE 1919 224
[9]	Dong S X, Li J F, Viehland D 2003 IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control 50 1253
[10]	Feigel A 2004 Phys. Rev. Lett. 92 20404
[11]	Obukhov Y N, Hehl F W 2007 arXiv v1 0708 11538
[12]	van Tiggelen B A, Rikken G L J A 2004 Phys. Rev. Lett. 93 268903
[13]	Birkeland O J, Brevik I 2007 Phys. Rev. E 76 66605
[14]	Schutzhold R, Plunien G 2004 Phys. Rev. Lett. 93 268901
[15]	Feigel A 2004 Phys. Rev. Lett. 93 268902
[16]	Obukhov Y N, Hehl F W 2008 Phys. Lett.A 372 3946
[17]	Zhao J, Yin R C, Fan T, Lu M H, Chen Y F, Zhu Y Y, Zhu S N, Ming N B 2008 Phys. Rev. B 77 75126
[18]	He H C, Lin Y H, Nan C W 2008 Chin.Sci.Bull. 53 1138(in Chinese) [何泓材、林元华、南策文 2008 科学通报53 1138]
[19]	Zhang X J, Zhu R Q, Zhao J, Chen Y F, Zhu Y Y 2004 Phys. Rev. B 69 85118
[20]	Liu H, Zhu S N, Dong Z G, Zhu Y Y, Chen Y F, Ming N B, Zhang X 2005 Phys. Rev. B 71 125106
[21]	Bao X, Hu M 2001 An Introduction to Electric Devices (Beijing: Beijing Institute of Technology Press) p190 (in Chinese)[包兴、胡明 2001 电子器件导论(北京:北京理工大学出版社)第190页]
[22]	Bichurin M I, Kornev I A, Petrov V M, Tatarenko A S, Kiliba Y V, Srinivasan G 2001 Phys. Rev. B 64 94409
[23]	Dong S X, Zhai J 2008 Phys. Solid State 53 2113
[24]	Pettiford C, Dasgupta S, Jin L, Yoon S D, Sun N X 2007 IEEE Trans. Magnetics 43 3343

施引文献

[1]	Ramesh R, Spaldin N A 2007 Nature Materials 6 21
[2]	Nan C W, Bichurin M I, Dong S X, Viehland A D, Srinivasan G 2008 J. Appl. Phys. 103 31101
[3]	Zhang Y, Deng C Y, Ma J, Lin Y H, Nan C W 2008 Chin. Phys. B 17 1056
[4]	Ma J, Shi Z, Lin Y H, Nan C W 2009 Acta Phys. Sin. 58 5852(in Chinese) [马静、施展、林元华、南策文 2009 物理学报 58 5852]
[5]	Yang F, Wen Y M, Li P, Bian L X 2007 Acta Phys. Sin. 56 3537(in Chinese)[杨帆、文玉梅、李平、卞雷祥 2007 物理学报 56 3537]
[6]	Bichurin M I, Petrov V M, Ryabkov O V, Averkin S V, Srinivasan G 2005 Phys. Rev. B 72 060408
[7]	Bichurin M, Viehland D, Srinivasan G 2007 J. Electro. Ceramics 19 243
[8]	Harshe G, Dougherty J P, Newnham R E 1993 Proc. SPIE 1919 224
[9]	Dong S X, Li J F, Viehland D 2003 IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control 50 1253
[10]	Feigel A 2004 Phys. Rev. Lett. 92 20404
[11]	Obukhov Y N, Hehl F W 2007 arXiv v1 0708 11538
[12]	van Tiggelen B A, Rikken G L J A 2004 Phys. Rev. Lett. 93 268903
[13]	Birkeland O J, Brevik I 2007 Phys. Rev. E 76 66605
[14]	Schutzhold R, Plunien G 2004 Phys. Rev. Lett. 93 268901
[15]	Feigel A 2004 Phys. Rev. Lett. 93 268902
[16]	Obukhov Y N, Hehl F W 2008 Phys. Lett.A 372 3946
[17]	Zhao J, Yin R C, Fan T, Lu M H, Chen Y F, Zhu Y Y, Zhu S N, Ming N B 2008 Phys. Rev. B 77 75126
[18]	He H C, Lin Y H, Nan C W 2008 Chin.Sci.Bull. 53 1138(in Chinese) [何泓材、林元华、南策文 2008 科学通报53 1138]
[19]	Zhang X J, Zhu R Q, Zhao J, Chen Y F, Zhu Y Y 2004 Phys. Rev. B 69 85118
[20]	Liu H, Zhu S N, Dong Z G, Zhu Y Y, Chen Y F, Ming N B, Zhang X 2005 Phys. Rev. B 71 125106
[21]	Bao X, Hu M 2001 An Introduction to Electric Devices (Beijing: Beijing Institute of Technology Press) p190 (in Chinese)[包兴、胡明 2001 电子器件导论(北京:北京理工大学出版社)第190页]
[22]	Bichurin M I, Kornev I A, Petrov V M, Tatarenko A S, Kiliba Y V, Srinivasan G 2001 Phys. Rev. B 64 94409
[23]	Dong S X, Zhai J 2008 Phys. Solid State 53 2113
[24]	Pettiford C, Dasgupta S, Jin L, Yoon S D, Sun N X 2007 IEEE Trans. Magnetics 43 3343

[1]	屈奎, 张荣福, 肖鹏程. 基于调频连续波雷达的物体运动状态实时检测算法研究. 物理学报, 2021, 70(19): 198402. doi: 10.7498/aps.70.20210205
[2]	董旭, 黄永盛, 唐光毅, 陈姗红, 司梅雨, 张建勇. 基于微波-电子康普顿背散射的环形正负电子对撞机束流能量测量方案. 物理学报, 2021, 70(13): 131301. doi: 10.7498/aps.70.20202081
[3]	黄亮, 李建远. 基于单粒子模型与偏微分方程的锂离子电池建模与故障监测. 物理学报, 2015, 64(10): 108202. doi: 10.7498/aps.64.108202
[4]	张华, 陈少平, 龙洋, 樊文浩, 王文先, 孟庆森. 微波低温制备Mg2Si0.4Sn0.6-yBiy热电材料的传输机理. 物理学报, 2015, 64(24): 247302. doi: 10.7498/aps.64.247302
[5]	苏道毕力格, 王晓民, 乌云莫日根. 对称分类在非线性偏微分方程组边值问题中的应用. 物理学报, 2014, 63(4): 040201. doi: 10.7498/aps.63.040201
[6]	何晶, 苗强, 吴德伟. 微波-光波变电长度缩比条件下目标雷达散射截面相似性研究. 物理学报, 2014, 63(20): 200301. doi: 10.7498/aps.63.200301
[7]	何郁波, 林晓艳, 董晓亮. 应用格子Boltzmann模型模拟一类二维偏微分方程. 物理学报, 2013, 62(19): 194701. doi: 10.7498/aps.62.194701
[8]	王丰, 贾国柱, 刘莉, 刘凤海, 梁文海. 温度相关的微波频率下氯化钠水溶液介电特性. 物理学报, 2013, 62(4): 048701. doi: 10.7498/aps.62.048701
[9]	侯祥林, 翟中海, 郑莉, 刘铁林. 一类非线性偏微分方程初边值问题的逐层优化算法. 物理学报, 2012, 61(1): 010201. doi: 10.7498/aps.61.010201
[10]	侯祥林, 郑夕健, 张良, 刘铁林. 薄板弯曲大变形高阶非线性偏微分方程推导与优化算法研究. 物理学报, 2012, 61(18): 180201. doi: 10.7498/aps.61.180201
[11]	杨晶, 刘国宾, 顾思洪. 平行线偏光激发CPT共振方案实验研究. 物理学报, 2012, 61(4): 043202. doi: 10.7498/aps.61.043202
[12]	丁帅, 王秉中, 葛广顶, 王多, 赵德双. 基于时间透镜原理实现微波信号时间反演. 物理学报, 2012, 61(6): 064101. doi: 10.7498/aps.61.064101
[13]	侯祥林, 刘铁林, 翟中海. 非线性偏微分方程边值问题的优化算法研究与应用. 物理学报, 2011, 60(9): 090202. doi: 10.7498/aps.60.090202
[14]	王磊, 杨成韬, 解群眺, 叶井红. 双层纳米磁电薄膜模型及分析. 物理学报, 2009, 58(5): 3515-3519. doi: 10.7498/aps.58.3515
[15]	王淑芳, B. B. Jin, 刘震, 周岳亮, 陈正豪, 吕惠宾, 程波林, 杨国桢. MgB2超导薄膜的微波测量. 物理学报, 2005, 54(5): 2325-2328. doi: 10.7498/aps.54.2325
[16]	谢元喜, 唐驾时. 对“求一类非线性偏微分方程解析解的一种简洁方法”一文的一点注记. 物理学报, 2005, 54(3): 1036-1038. doi: 10.7498/aps.54.1036
[17]	谢元喜, 唐驾时. 求一类非线性偏微分方程解析解的一种简洁方法. 物理学报, 2004, 53(9): 2828-2830. doi: 10.7498/aps.53.2828
[18]	卢竞, 颜家壬. 非线性偏微分方程的多孤子解. 物理学报, 2002, 51(7): 1428-1433. doi: 10.7498/aps.51.1428
[19]	陈溪滢, 曹先安, 丁训民, 侯晓远, 陈良尧, 赵国庆. 微波放电法生长GaS薄膜的性质. 物理学报, 1997, 46(4): 826-832. doi: 10.7498/aps.46.826
[20]	武宇. 边界形状的变化对偏微分方程本征值的影响. 物理学报, 1963, 19(8): 538-540. doi: 10.7498/aps.19.538

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