【摘 要】
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基于铁磁材料和铁电材料的多铁复合材料具有极强的磁电转换能力,其中逆磁电效应能够将电信号转换为磁信号,近年来在传感、微波、自旋和储存等领域得到了极大的应用。随着实验
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基于铁磁材料和铁电材料的多铁复合材料具有极强的磁电转换能力,其中逆磁电效应能够将电信号转换为磁信号,近年来在传感、微波、自旋和储存等领域得到了极大的应用。随着实验探索、理论计算以及器件设计的进步,对逆磁电效应的研究也在不断深入。本论文针对铁磁/铁电复合材料层合结构,基于有限元仿真建模,对多物理场环境下的非线性逆磁电效应进行研究,并对基于多铁异质结薄膜的多铁天线进行探索。具体研究内容如下:首先,采用基于COMSOL Multiphysics的非线性有限元模拟方法,并建立了多铁复合材料在多物理场环境下的逆磁电效应模型。该模型考虑了非线性的磁致伸缩本构关系。其中的非线性参数通过MATLAB工具LiveLink将MATLAB函数与COMSOL联合来得到。与对应的实验结果进行了定性和定量的比较,验证仿真结果的可靠性。展示了压电层和磁致伸缩层中非均匀磁场和位移的分布,分析了非线性响应的逆磁电机制。其次,对逆磁电效应的电调谐行为进行预测,揭示了偏置电压诱导的应变介导效应与逆磁致伸缩效应之间的复杂机理。此外,还研究了不同条件下(包括不同的磁致伸缩相的材料性能和不同的力学边界条件)薄膜磁电复合材料随偏置磁场变化的逆磁电系数。结果表明:(1)除饱和磁致伸缩系数外,初始磁化率还为增强逆磁电效应、减小最优偏置磁场提供了另一种维度的思考;(2)与无张力牵引的情况相比,机械夹持边界条件可将逆磁电效应提高约10倍。最后,对多铁天线的的工作原理进行探讨,分析了多铁天线的理论机制。以FeGaB/AlN多铁异质结为对象,并考虑磁致伸缩材料的非线性本构与(35)E效应,通过COMSOL建立了多铁天线的三维有限元模型。分析了天线在频域下的天线表面的应力分布和电场分布,以及远场域下的二维和三维辐射方向图。本论文从仿真计算的角度,对多铁复合材料中逆磁电效应进行了理论上和器件设计上的研究。这些内容对现有逆磁电效应的研究提供了很好的补充,也为后续本领域的研究提供了一定的参考。
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