[論文レビュー] Review on Giant Magnetoelectric effects in Oxide ferromagnetic/ferroelectric Layered Structures

G. Srinivasan|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2004

Multiferroics and related materials参考文献 11被引用数 8

ひとこと要約

このレビューでは、フェリ磁性酸化物（例：NiZn、CoZn、Liフェライト）と鉛ジルコネートチタネート（PZT）薄膜を組み合わせた酸化物ベースの積層ヘテロ構造における巨大磁気電気効果（ME効果）を調査している。テープキャスト法を用いた多層膜を用いて、NiZnフェライト-PZT複合材料において巨大なME係数を実証した。これは亜鉛（Zn）ドーピングによって磁気的・機械的結合が強化され、磁気異方性が低下し、透磁率が向上するためである。

ABSTRACT

The synthesis of layered ferrite-lead titanate zirconate (PZT) and lanthanum nanganite-PZT and the observation of giant magneto-electric interactions are discussed. The ferrites used in our studies included pure and Zn substituted cobalt-, nickel- and lithium ferrites. Ferromagnetic manganites used included both calcium and strontium substituted systems. The samples were prepared from 10-40 mm thick films obtained by tape-casting. Our studies showed strong ME coupling in manganite-PZT and cobalt zinc ferrite-PZT, and a giant ME effect in nickel zinc ferrite-PZT. We found evidence for Zn assisted enhancement in ME coefficients that were attributed to low anisotropy and high permeability that resulted in favorable magneto-mechanical coupling in the composites.

研究の動機と目的

• 酸化物ベースの多層ヘテロ構造における巨大磁気電気（ME）効果の起源および強化機構を解明すること。
• フェライトにおける亜鉛（Zn）ドーピングがME結合効率に与える影響を調査すること。
• 磁気異方性や透磁率といった材料特性がME係数の強化にどのように関与するかを相関させること。
• マンガン酸土やスパインフェライトを含む、さまざまなフェライト-PZT複合材料が強力なME応答を示すかを評価すること。
• 磁気的および誘電的特性を調整することでME効果を最適化するための材料設計戦略を確立すること。

提案手法

• ヘテロ構造の制御された形成を目的として、テープキャスト法を用いた10–40 mm 厚の多層膜の作製。
• コバルト亜鉛フェライト（CoZn）、ニッケル亜鉛フェライト（NiZn）、リチウムフェライト（Li-フェライト）、カルシウム／ストランチウムドーピングマンガン酸土をフェリ磁性成分として用いる。
• 積層構造内に鉛ジルコネートチタネート（PZT）をフェロエレクトリック相として統合する。
• 外部磁場の印加とそれに伴う電気分極の変化を測定することで、磁気電気結合係数を評価する。
• Zn置換が磁気異方性および透磁率に与える影響を分析し、ME効果の強化を説明する。
• 微細構造的および磁気的特性と観察されたME応答との相関を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NiZnフェライト-PZTヘテロ構造における巨大磁気電気効果の大きさと起源は何か？
• RQ2 フェライトにおける亜鉛（Zn）ドーピングは、磁気電気結合係数にどのように影響するか？
• RQ3 磁気異方性と透磁率は、酸化物多層膜におけるME効果の強化にどのような役割を果たすか？
• RQ4 コバルト亜鉛フェライト（CoZn）、ニッケル亜鉛フェライト（NiZn）、リチウムフェライト（Li-フェライト）などの異なるフェライト組成は、PZTと比較してME性能にどのように差を示すか？
• RQ5 テープキャスト法を用いた多層膜は、酸化物ヘテロ構造において強力で測定可能なME結合を実現できるか？

主な発見

• NiZnフェライト-PZT積層構造において、他のフェライト-PZT系と比較して顕著に向上したME係数が観測された。
• フェライトにおける亜鉛（Zn）ドーピングにより、ME係数の測定可能な向上が確認され、これは磁気異方性の低減と磁気透磁率の向上に起因するとされた。
• マンガン酸土-PZT複合材料は強力なME結合を示したが、NiZnフェライト-PZTほど高くはなかった。
• コバルト亜鉛フェライト（CoZn）-PZTは強力なME結合を示したが、NiZnフェライト-PZTほどではなかったことから、組成依存のME応答が示された。
• テープキャスト法により、厚さ10–40 mm の高品質な多層膜が安定して得られ、ME効果の研究に適した材料が実現された。
• 亜鉛ドーピングを施したNiZnフェライト-PZTにおけるME応答の向上は、低異方性と高透磁率に起因する有利な磁気的・機械的結合に起因すると結論づけられた。