Voltage-induced strain to control the magnetization of bi FeRh/PZT and tri PZT/FeRh/PZT layered magnetoelectric composites

Abstract

The bi- and tri- layered magnetoelectric composites were fabricated from magnetic Fe49Rh51 and piezoelectric PbZr0.53Ti0.47O3 materials. It was shown the electric field-induced stresses reduce the magnetization around magnetic phase transition temperature of Fe49Rh51: by 5.4% for tri-layer PZT/FeRh/PZT composite and by 3.6% for bi-layer FeRh/PZT composite. The magnetoelectric properties were studied at 320 K, the magnetization rate was estimated for the magnetic field of 0.5 T. The heterogeneous distributions of stresses and magnetization in volume of magnetic layer under applied magnetic and electric fields were demonstrated using COMSOL Multiphysics software. The obtained results demonstrate the tri-layered composite is more effective for tuning the magnetization

Мультикалорики --- Новые Материалы Энергетики И Стрейнтроники -=sup=-*-=/Sup=- (О Б З О Р)

“…Для этих целей используются как " толстые" слоистые композиты, полученные склеиванием компонент магнитокалорического и пьезоэлектрического материалов, так и путем напыления осаждения магнитокалорических пленок на пьезоэлектрические подложки с помощью различных методик. В работах [52][53][54] приводятся исследования магнитных, магнитокалорических и магнитоэлектрических свойств двух(трех) слойных мультикалорических композитов, изготовленных склеиванием пластин магнитокалорического и пьезоэлектрического материалов при различных режимах приложения электрического поля.…”

“…В другой работе [54] с помощью аналогичных экспериментов на двух (трех) слойных композитах (Fe−Rh/PZT и PZT/Fe−Rh/PZT) продемонстрировано, что приложение на пьезоэлектрический слой электрического поля величиной 8 kV/cm приводит к относительному уменьшению намагниченности магнитного слоя Fe−Rh на 3.6% для двух (Fe−Rh/PZT) и на 5.4% для трех (PZT/Fe−Rh/PZT) слойных композитов. Оценка относительного изменения намагниченности была выполнена для изотерм намагниченности снятых при 320 K -в области температуры метамагнитного фазового перехода слоя Fe−Rh при значении магнитного поля 0.5 T. Расчеты, выполненные с использованием программного пакета COMSOL Multiphysics с применением в модели параметров аналогичных эксперименту, показали неоднородное распределение намагниченности и механического напряжения по объему магнитного слоя в режиме включенного магнитного и электрического поля, а сравнение результатов моделирования на двух и трех слойных композитах показало более однородное распределение механических напряжений в случае трехслойной компоновки композита.…”

Multicalorics --- new materials for energy and straintronics (R e v i e w)

“…Both " thick" layered composites, obtained by gluing together of components of magnetocaloric and piezoelectric materials, and those obtained by deposition of magnetocaloric films onto piezoelectric substrates by means different techniques are used for these purposes. Papers [52][53][54] describe the studies of magnetic, magnetocaloric and magnetoelectric properties of two (three) layer multicaloric composites made by gluing together plates of magnetocaloric and piezoelectric material in different modes of electric field application.…”

Thermal Hysteresis Control in Fe49Rh51 Alloy through Annealing Process

“…Furthermore, there is no change in the crystal symmetry of Fe-Rh alloys during the AFM-FM transition, while the volume expansion on transition is about 1% [20]. There are numerous methods to control the magnetic phase transition parameters and the MCE in Fe-Rh, including the use of magnetic fields [21], hydrostatic pressure [22,23], electric field-induced strain [24][25][26], mechanical and heat treatments [4,13,21,[27][28][29], chemical substitution [30,31], and ion irradiation [13,32]. While Processes 2021, 9, 772 2 of 9 the effects of external influences (such as magnetic fields and pressure) on the transition temperature is relatively clear, there is less information about how the process of heat treatment affect the phase transition in Fe-Rh alloys.…”