Учёные ЮНЦ РАН опубликовали новые результаты исследования
скоростных характеристик пьезомагнитных структур
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
