Учёные ЮНЦ РАН опубликовали новые результаты исследования

Учёные ЮНЦ РАН опубликовали новые результаты исследования скоростных характеристик пьезомагнитных структур. Об актуальности этой работы мы попросили рассказать заведующего отделом механики, математики и нанотехнологий ЮНЦ РАН члена-корреспондента РАН Валерия Калинчука.

– Валерий Владимирович, сотрудники отдела, которым Вы руководите, изучают свойства и пути совершенствования скоростных характеристик пьезомагнитных структур. В чём актуальность  этих исследований?
– В рамках госзадания и гранта Российского научного фонда по этому направлению работают кандидаты физико-математических наук Татьяна Ивановна Белянкова и Елена Иосифовна Ворович. Результаты исследований представляют интерес для широкого круга специалистов при проектировании и создании устройств микро- и наноэлектроники.
– Как и где используются пластины из пьезоэлектрических материалов?
–  Чаще всего они применяются как исполнительные элементы широкого спектра приборов и устройств различного назначения. Это сенсоры, акустоэлектронные фильтры, микроволновые фазовращатели, электронно-настраиваемые СВЧ-резонаторы и линии задержки, без которых невозможно представить работу телефонов, смартфонов, телевизоров и др. В функционировании этих приборов используется пьезоэффект – связь между механическим напряжением и электрическим полем. Любое механическое воздействие на пьезоэлектрический кристалл приводит к возникновению электрической поляризации: на одной части пьезоэлектрика создается положительный заряд, на другой – отрицательный. В этом случае пьезоэлектрик может использоваться в качестве источника электрического тока. В перечисленных выше устройствах используются различные стороны пьезоэффекта. Акустоэлектронные, когда под действием переменного напряжения возникают акустические колебания (фильтры, резонаторы, фазовращатели, линии задержки и т.п.), механо-электрические, когда при механической деформации возникает электрический потенциал (сенсоры различных физических величин, акселерометры, тензометры, актюаторы и т.п.). В первом случае важную роль играют дисперсионные свойства пластины, по которым определяются фазовые скорости поверхностных волн. Во втором случае – коэффициент электромеханической связи, определяющий эффективность преобразования механической энергии в электрическую.
– В 2024 году результаты работы были опубликованы в престижном научном журнале «Вычислительная механика сплошных сред» (статья «Влияние геометрических параметров на распространение SH-волн в пьезоэлектрической/пьезомагнитной пластине». Авторы – Т. Белянкова и Е. Ворович). Какие новые результаты получены в ЮНЦ РАН?
– Наши сотрудники исследуют более сложные объекты: к пьезоэлектрической пластине добавлен пьезомагнитный слой, обладающий свойством деформирования под действием магнитного поля и наоборот – возникновения магнитного момента при деформации. Такие пластины используются в качестве исполнительных элементов энергонезависимой магнитоэлектрической памяти, магнитоэлектрических антенн, магнитоэлектрических гираторов, сверхчувствительных сенсоров магнитных полей. Особенно бурное развитие охватило использование таких пластин в качестве исполнительных элементов систем сбора бросовой механической энергии – «харвестеров». В этом случае преобразование механической энергии в электрическую происходит бесконтактно – через магнитную энергию. Определяющую роль в этом случае играет коэффициент электро-магнитомеханической связи.
Татьяна Ивановна и Елена Иосифовна детально исследовали влияние геометрических параметров пьезоэлектрической/пьезомагнитной пластины на ее акустические свойства и коэффициент электро-магнитомеханической связи.
Опубликованные результаты могут быть внедрены в практику при проектировании и создании устройств микро- и наноэлектроники.

Вопросы задавала Вероника Белоцерковская

Статью  читайте по ссылке:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2024.17.4.38

На фото: Татьяна Белянкова и Елена Ворович