Научные исследования различных создаваемых структур с использованием материалов, обладающих пьезоэлектрическим эффектом, связаны к необходимости последующей поляризации этих материалов.
Пьезоэлектрический эффект– явление, при котором некоторые диэлектрики поляризуются не только под действием электростатического поля, но и под действием механической деформации.
Пьезоэлектрические материалы представляют собой материалы, которые обладают способностью генерировать внутренний электрический заряд от приложенного механического напряжения.
Материалы, которые демонстрируют пьезоэлектрический эффект, также демонстрируют и обратный пьезоэлектрический эффект. Обратный пьезоэлектрический эффектявляется внутренней генерацией механического напряжения в ответ на приложенное электрическое поле.
Поляризация– состояние диэлектрика, при котором элементарный объем материала приобретает электрический момент (под действием электрического поля, механических напряжений или спонтанно в сегнетоэлектриках).
Поляризованность– количественная характеристика поляризации, определяющая ее интенсивность – вычисляется какP=dp/dV– отношение электрического моментаdpэлемента диэлектрика к объему этого элемента. [Кл/м2].
Прямой пьезоэффект – эффект возникновения поляризации под действием механической нагрузки. Обратный пьезоэффект – возникновение механической деформации под действием электрического поля.
Схематичные изображения прямого (а,б) и обратного (в,г) пьезоэффектов.
Стрелками F и E изображены внешние воздействия – механическая сила и напряженность электрического поля. Штриховые линии – контуры пьезоэлектрика до внешнего воздействия; сплошные линии – контуры деформации пьезоэлектрика; Р – вектор поляризации.
Разрабатываемые в лабораторных условиях магнитоэлектрические структуры представляют собой соединение пьезоэлектрического материала и ферромагнитного материала в одну структуру, которая начинает обладать магнитоэлектрическим эффектом. Эта структура может быть создана как из объемных материалов (пластин) путем склеивания, так и в виде пленочной структуры используя микро- и наноэлектронные технологии.
В любом случае необходимо отработать в лабораторных условиях способ поляризации материала: очевидно, разработать установку поляризации.
Магнитоэлектрический эффект – явление возникновения электрической поляризации под действием внешнего магнитного поля и, наоборот, намагниченности под действием электрического поля. Магнитоэлектрический эффект (в дальнейшем МЭ-эффект) – результат взаимодействия двух подсистем ионного кристалла: электрической, состоящей из заряженных ионов (пьезоматериал), и магнитной – совокупности нескомпенсированных магнитных ионов (ферромагнитный материал).
Магнитоэлектрический эффект наблюдается только в структурах, созданных из определенных материалах, обладающих специфическими свойствами: пьезоэлектрический материал обладает пьезосвойствами, а ферромагнитный материал - магнитострицией. Уже структура будет обладать магнитоэлектрическими свойствами.
Таким образом, создание установки поляризации материалов является весьма актуальной задачей при разработке магнитоэлектрических приборов, работающих на основе магнитоэлектрического эффекта.