Мультиферроидные материалы в СВЧ электронике и наноэнергетике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, доктор наук Семенов Александр Анатольевич

• Семенов Александр Анатольевич
• доктор наук
• 2017

Оглавление диссертации доктор наук Семенов Александр Анатольевич

Введение

Глава 1 Аналитический обзор

1.1. Классификация мультиферроиков

1.2. Применение мультиферроиков в радиоэлектронике

1.3. Устройства наноэнергетики на основе нелинейных тепловых эффектов в мультиферроидных материалах

Выводы

Глава 2. Технологические методы формирования и исследования мультиферроидных перовскитных пленок и слоистых структур на их основе

2.1. Выбор технологии, материала, направления исследований

2.2. Технология изготовления сегнетоэлектрических керамических образцов70

2.3. Оборудование и методика получения тонких пленок BSTO и наноразмерных структур на их основе

2.4. Измерения электрофизических свойств мультиферроидных материалов и тонкопленочных структур феррит-сегнетоэлектрик

Выводы

Глава 3. Пленочные микро- и наноструктуры с мультиферроидными свойствами

3.1. Экспериментальные исследования слоистых структур феррит-сегнетоэлектрик

3.2. Начальные стадии роста пленок ВБТО

3.3. Структурные свойства слоистых феррит-сегнетоэлектрических пленочных структур

3.4. Электрофизические свойства слоистых феррит-сегнетоэлектрических пленочных структур

Выводы

Глава 4. Мультиферроидные свойства перовскитных сегнетоэлектриков легированных пара- и ферромагнитными ионами

4.1 Электрофизические и структурные свойства сегнетокерамики BTO легированной пара- и ферромагнитными ионами

4.2 Диэлектрические характеристики BSTO пленок, легированных Mn в малых концентрациях

4.3 Диэлектрические характеристики BSTO пленок, легированных Mn в больших концентрациях

4.3 Магнитодиэлектрические свойства мультиферроидных пленочных структур

Выводы

Глава 5. Тепловые эффекты в структурах со свойствами мультиферроиков150

5.1Термодинамическое описание мультиферроидных материалов

5.2. Экспериментальные исследования калорических эффектов в объемных и слоистых образцах

5.3 Исследование теплофизических свойств мультиферроидных образцов методом дифференциальной сканирующей калориметрии

5.4 Моделирование управляющих сигналов для нелинейных цепей с калорическими элементами

5.5 Анализ термодинамической эффективности электрокалорическоко преобразователя

Выводы

Глава 6. Разработка СВЧ устройств на основе пленочных структур со свойствами мультиферроиков

6.1 Дисперсия электромагнитно-спиновой волны в планарных структурах феррит-сегнетоэлектрик

6.2 Объемные резонаторы на основе структур феррит-сегнетоэлектрик

6.3 Щелевые управляемые резонаторы на основе слоистых структур феррит-сегнетоэлектрик

Выводы

Заключение

Список использованной литературы

256

Принятые сокращения

ВБТО - титанат бария-стронция

ООО - галлий-гадолиниевый гранат

У1О - железо-иттриевый гранат

ФМР -ферромагнитный резонанс

ПСВ - поверхностная спиновая волна

СВ - спиновая волна

ЭМВ - электромагнитная волна

ЭМСВ - электромагнитно-спиновая волна

СВЧ - сверхвысокие частоты

ФС - феррит-сегнетоэлектрик

ФЧХ - фазо-частотная характеристика

КЭ - калорический эффект

МКЭ - магнитокалорический эффект

ПЭКЭ - пьезоэлектрокалорический эффект

ЭКЭ - электрокалорический эффект

ЭлКЭ - эластокалорический эффект

РИСЭ - рассеяние ионов средних энергий

РЭМ - растровая электронная микроскопия

РФА - рентгенофлуоресцентный анализ

РДА - рентгеновский дифракционный анализ

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия

СЭП - сегнетоэлектрическая пленка

Введение

Интенсивное развитие средств связи, телекоммуникаций, навигации и радиолокации в последние годы предъявляет новые повышенные требования к характеристикам приборов обработки СВЧ сигнала (резонаторам, фильтрам, фазовращателям, линиям задержки и др.). Основные тенденции связаны с увеличением добротности устройств, снижением потерь и собственных шумов, возможностью электронной перестройки по частоте, фазе и времени задержки. Учитывая так же интенсивное внедрение телекоммуникационных и радиолокационных систем в гражданские отрасли экономики, актуальным вопросом становиться и себестоимость их компонентов и устройств. Использование полупроводниковых элементов полностью отвечает всем требованиям в низкочастотной области используемого спектра. Однако при повышении частоты и переходе в миллиметровый диапазон длин волн добротность полупроводниковых устройств начинает снижаться, а стоимость возрастать. Конкурентом полупроводникам в таких условиях могут стать материалы с уникальными нелинейными свойствами - сегнетоэлектрики, ферромагнетики и относительно новый класс соединений мультиферроики или сегнетомагнетики [1-5], физические параметры которых могут изменяться под воздействием электрических и магнитных полей.

Традиционно для создания управляемых взаимных и невзаимных управляемых компонентов СВЧ устройств широко используются ферромагнитные материалы [6,7], управление характеристиками которых выполняется посредством изменения внешнего магнитного поля. Известно, что «магнитный» способ управления может быть реализован в сравнительно широком диапазоне частот, но при этом управление осуществляется сравнительно медленно и требует значительного энергопотребления.

Другим семейством материалов, применяемых для создания СВЧ управляемых приборов, являются сегнетоэлектрики (СЭ). Для управления характеристиками сегнетоэлектрических компонентов применяется электрическое поле. Изменение диэлектрической проницаемости под воздействием «электрического» способа управления происходит гораздо быстрее по сравнению с «магнитным» управлением. Кроме того, «электрическое» воздействие отличается незначительным энергопотреблением. Однако, диапазон изменения радиотехнических параметров компонентов СВЧ устройств с электрическим управлением, как правило, является менее широким.

Среди материалов, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами, особое место занимают соединения со структурой перовскита, вследствие сильной податливости их кристаллической решетки. Элементарная ячейка перовскита легко трансформируется под различными воздействиями, что приводит к нелинейным физическим свойствам. В качестве перспективных перовскитных соединений для СВЧ электроники следует выделить сегнетоэлектрик BaxSr1-xTiO3 ^БТО) [8]. Сегнетоэлектрический материал BaxSr1-xTiO3 демонстрирует сильную нелинейную зависимость диэлектрической проницаемости.

Давно замечено, что три класса кристаллических твёрдых тел: ферромагнетики, сегнетоэлектрики и сегнетоэластики, несмотря на разную природу происходящих в них структурных фазовых переходов, демонстрируют целый ряд сходных свойств. К ним относятся возникновение доменов, аномалии физических свойств в окрестности фазового перехода, наличие гистерезиса и др. В 1969 году японским учёным Кетзиро Айзу они были объединены в один класс веществ с общим названием ферроики, что связано с наличием в их английском названии общей приставки «ферро». Мулътиферроиками принято называть материалы, в которых существуют хотя бы два из трёх типов упорядочений: магнитного, электрического, механического.

Последнее десятилетие характеризуется всплеском интереса к средам, обладающим одновременно магнитным и электрическим упорядочением - сегнетомагнетикам. Взаимодействие этих упорядоченных подсистем (его называют так же магнитоэлектрическим), вносит ряд особенностей в картину сегнетоэлектрических и магнитных фазовых переходов, в спектр элементарных возбуждений, в реакцию системы на электрическое и магнитное поля. Интерес к данной области выражается, с одной стороны, в повышенном внимании к фундаментальным аспектам магнитоэлектрических явлений в мультиферроиках, а с другой - в ожиданиях конкретных практических приложений сегнетомагнетиков в СВЧ электронике и сенсорной технике. Важно подчеркнуть, что большинство "природных" мультиферроиков по своим свойствам не пригодно для использования в СВЧ диапазоне.

Сравнительно новый тип СВЧ материалов, обладающий мультиферроидными свойствами, построен на слоистых структурах, содержащих ферритовые и сегнетоэлектрические компоненты. Сочетание в одной и той же слоистой структуре феррита и сегнетоэлектрика позволяет управлять рабочими характеристиками СВЧ устройств с помощью как магнитного, так и электрического полей. Такие синтезированные материалы часто называют искусственные мулътиферроики.

С позиций возрастающей энергетической емкости современных телекоммуникационных систем, особо актуальными для исследований становятся вопросы энергоэффективности и энергосбережения. С этими вопросами связано еще одно современное направление электроники -наноэнергетика. Это новая отрасль науки, связанная с вопросами твердотельного высокоэффективного преобразования и рекуперации низкопотенциальной энергии, а так же с твердотельными системами термостабилизации и охлаждения. Развитие наноэнергетики стало возможным исключительно с развитием исследований калорических

эффектов в магнитных, сегнетоэлектрических и мультиферроидных материалах.

Целями данной работы являлись разработка технологии формирования структур, обладающих мультиферроидными свойствами, исследование их нелинейных свойств в магнитных и электрических полях в широком интервале изменения температур, изучение особенностей сверхвысокочастотных волновых процессов в многослойных мультиферроидных структурах, а также исследование их нелинейных диэлектрических, магнитных и тепловых свойств.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие междисциплинарные научные задачи:

1. Разработка, изготовление и исследование ферритовых, сегнетоэлектрических и монолитных мультиферроидных микро- и наноструктур.

2. Построение теории, описывающей линейную и нелинейную волновую динамику и тепловую динамику мультиферроидных слоистых структур.

3. Экспериментальные исследования сверхвысокочастотных и тепловых процессов в мультиферроидных слоистых пленочных структурах, управляемых внешними магнитным и электрическим полями в статическом и динамическом режимах.

4. Проектирование, изготовление и исследование экспериментальных макетов новых управляемых СВЧ приборов, использующих мультиферроидные материалы и феррит-сегеноэлектрических слоистых пленочных структур.

Заметим, что создание электронно-перестраиваемых СВЧ приборов включает в себя физико-технологический анализ материалов, применяемых для их изготовления, а также разработку оригинальных радиотехнических решений, обеспечивающих эффективное управление устройствами СВЧ электроники и наноэнергетики.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими результатами, полученными впервые:

1. Разработана промышленная технология формирования сегнетоэлектрических и мультиферроидных микро- и наноструктур и получены образцы таких структур.

2. Показана возможность сохранения электрической управляемости, характерной для объемного сегнетоэлектрика, для сегнетоэлектрических пленок сегнетоэлектрика, выращенных на ферромагнитных подложках.

3. Исследовано взаимное влияние пленок мультферроидной структуры на ее диэлектрические и магнитные свойства.

4. Установлено, что температура максимума диэлектрической проницаемости (Тт) сегнетоэлектрических пленок BSTO сильно зависит от структурных напряжений, определяемых материалом подложки; значение Тт для пленок одного состава может различаться на десятки градусов [ С9, С10].

5. Продемонстрирована возможность управления спектром гибридных электромагнитно-спиновых волн мультферроидной структуры за счет изменения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических слоев

[С11].

6. Показан эффект возникновения мультиферроидных свойств у пленок титаната бария при изоморфном замещении ионов титана кристаллической решетки пара- или ферромагнитными ионами [С12, С13].

7. Рассмотрена термодинамическая теория Ландау-Гинзбурга-Девоншира применительно к мультиферроидным средам [ С14].

8. Исследованы температурные зависимости основных магнитных и диэлектрических свойств мультиферроидных материалов. Показаны температурные диапазоны существования максимальных калорических эффектов.

Практическая значимость диссертационной работы определяется следующим.

1. Разработаны технологические процессы выращивания пленок материалов с нелинейными диэлектрическими, магнитными и тепловыми свойствами и установлены диапазоны технологических факторов, позволяющие формировать на различных подложках высококачественные пленки, пригодные для использования в устройствах СВЧ микроэлектроники и для физических исследований.

2. Разработаны методы формирования необходимых нелинейных мультиферроидных свойств искусственных сред, построенных на основе многослойных композиций, сочетающих пленки с ферромагнитными и сегнетоэлектрическими свойствами.

3. Исследованы способы модификации свойств твердых тел путем изоморфного замещения структурообразующих ионов.

4. Разработаны методы и подходы к исследованию нелинейных свойств керамических и пленочных мультиферроидных материалов в магнитных и электрических полях в широком диапазоне изменения температур.

5. Предложены новые конструкции приборов СВЧ электроники, обладающие двойной электронной перестройкой, а также новые конструкции устройств наноэнергетики для преобразования низкопотенциальной тепловой энергии.

Целесообразность проведенных исследований была связана с разработкой промышленных технологий новых мультиферроидных материалов на основе перовскитных металл-оксидных соединений для применения в интересах народного хозяйства и оборонно-промышленного комплекса страны.

Внедрение изложенных в работе научно обоснованных технических, и технологических решений вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности.

Результаты диссертации внедрены на следующих предприятиях: АО «Завод Радиотехнического Оборудования», ООО "Завод Магнетон", ООО "Аргус-ЭТ", ООО "Роде и Шварц", СПбГЭТУ-"ЛЭТИ". Результаты

диссертации нашли отражение в работах ряда научных коллективов: Университета ИТМО , АО «Феррит-Домен», АО «Светлана», Университета г. Лаппиенранта (Финляндия), Корейского института науки и технологии (Республика Корея).

Результаты работы явились основой конкурсных проектов «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», выполненных под руководством автора диссертации в рамках ФЦП на 2009-2013:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРАКТ № 14.740.11.0610 от 05 октября 2010г. по теме «Исследование дисперсии гибридных волн в слоистых структурах ферромагнетик-сегнетоэлектрик и разработка приборов управляемых электрическим и магнитным полями»,

Соглашение №14.В37.21.1636 от 01 октября 2012г. по теме «Новые функциональные материалы и устройства на основе наноразмерных пленочных структур с сегнетоэлектрическими, ферромагнитными и мультиферроидными свойствами».

Материалы диссертации используются в учебном процессе на факультете электроники в СПбГЭТУ "ЛЭТИ".

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мультиферроидные материалы в СВЧ электронике и наноэнергетике»

Апробация работы

Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались более чем на 10 Всероссийских и международных научных конференциях. В том числе: International Symposium on Applications of Ferroelectrics (9-13 of July, 2012, University of Aveiro, Aveiro, Portu); Metamaterials'2012: The 6th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (St. Petersburg, Russia, 17- 22 September 2012); Seventh international congress on advanced electromagnetic materials in microwaves and optics "METAMATERIALS'2013" (Bordeaux, France, 16-19 September, 2013); 58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic

Materials (4-8 ноября, 2013, Денвер, США); Spin waves-2013(9-15 июня, 2013, СПб., Институт им. Иоффе); Metamaterials'2014: 8th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (Technical University of Denmark, Copenhagen, Danish, 25 -30 August, 2014); Moscow International Symposium on Magnetism MISM-2014 (Moscow, 29 June - 3 July 2014); IEEE International Magnetics Conference, INTERMAG Europe 2014 (4-8 May, 2014, Dresden); European Microwave Conference (6th - 9th October 2014, Rome, Italy); International Symposium Spin Waves 2015 (June 7-13, 2015, Saint Petersburg, Russia); 45th European Microwave Conference (7-10 September 2015, Paris, France); Всероссийская научно-техническая конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ» 2012, 2013, 2014, 2015 (Санкт-Петербург).

По теме диссертации опубликовано 69 печатные работы, в том числе 52 статьи, 3 патента; 14 тезисов докладов на научных конференциях, 2 монографии. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 100 наименований. Работа изложена на 267 страницах машинописного текста и содержит 120 рисунков и 11 таблиц.

Научные положения, выносимые на защиту

При изоморфном замещении структурообразующих ионов твердого раствора титаната бария стронция ферро- или парамагнитными ионами, такими как Mn, ^ и Fe в концентрациях до 20 молярных процентов, у полученных смешанных перовскитов возникает магнитоэлектрическое взаимодействие, характеризуемое коэффициентом около 30 В/пГм при достаточно малых потерях в диапазоне СВЧ.

Экспериментально установлено, что в диапазоне рабочих температур, лежащем выше точки максимума первой производной поляризации по температуре, для сегнетоэлектрических материалов электрокалорическое изменение температуры при деполяризации превышает электрокалорическое изменение температуры при поляризации.

Теоретическая термодинамический коэффициент полезного действия электрокалорического преобразователя при изменении температуры в цикле ЛT = 2 К составляет 0.6, что существенно превышает значения эффективности парокомпрессионных холодильных преобразователей энергии.

Экспериментально показано, что двухслойная резонаторная структура, образованная контактом ферритовой и сегнетоэлектрической пленок, обладает в диапазоне частот 4-10 ГГц двойной электрической перестройкой за счет гибридизации спектров спиновых и электромагнитных волн.

Экспериментально показано, что резонансная структура на основе связанных ферромагнитного и открытого сегнетоэлектрического резонаторов в частотном диапазоне 4-10 ГГц демонстрирует двойную электрическую перестройку величиной не менее 10 полос пропускания при приложении электрического поля.

Глава 1 Аналитический обзор 1.1. Классификация мультиферроиков

Открытию соединений мультиферроиков предшествовал период интенсивного и успешного развития физики магнитных явлений и сегнетоэлектричества в отдельности. Поиск новых сегнетоэлектрических соединений привёл в 1958 году группу ленинградских физиков к открытию сегнетоэлектриков со структурой перовскита и значительным содержанием ионов железа. Последнее обстоятельство дало основание надеяться, что соединения со структурой перовскита могут быть одновременно сегнетоэлектриками и ферро(антиферро)магнетиками. [15]

С точки зрения микроскопической теории магнетизма, природа ферромагнитного состояния обусловлена наличием локализованных электронов, в основном в частично заполненных d-(f-)оболочках переходных металлов или редкоземельных ионов. Обменное взаимодействие между локализованными моментами приводит к их магнитному упорядочению. Ситуация с сегнетоэлектриками совершенно иная, т.к. существует несколько различных микроскопических источников спонтанной поляризации, это приводит к тому, что можно получать различные типы мультиферроиков. [16]

Выделяют два типа мультиферроиков:

Первый тип, содержит такие материалы, в которых электрическая поляризация независима (или слабо связана) от магнитного порядка, т.е. материалы в которых магнитные и сегнетоэлектрические свойства обусловлены разными источниками. В этих материалах, сегнетоэлектрические свойства обычно проявляются при более высоких температурах, чем магнитные, а спонтанная поляризация достигает

довольно больших значений ( ~10 —100^^ ). Примерами

мультиферроиков первого типа являются соединения В1Ре03, УМп03 и др.

Второй тип мультиферроиков (магнитные мультиферроики), в них электрическая поляризация порождается магнитным упорядочением. Материалы этой группы характеризуются сильной связью между магнитными и сегнетоэлектрическими свойствами, однако, их спонтанная

поляризация ~ 1 0 _ значительно меньше, чем у мультиферроиков

первого типа. [17]

Практически все мультиферроики - синтезированные соединения, известны лишь два природных кристалла: конголит Ре3В7013СI и чамберсит Мп3В7013 СI . По структурным признакам мультиферроики можно разделить на несколько основных групп:

1) соединения со структурой типа перовскита

РЬ(Ре2_Ш_)03,РЬ(Ре^ЫЬг)03,РЬ(Со__Шг)03,В 1Ре03, рений содержащие

3 3 3 3 2 2

перовскиты РЬ(В_Ре_)03, где B=Fe, Мп, N1, Со, и другие;

2 2

2) гексагональные редкоземельные манганиты с общей формулой ЯМпОз, где Я=У, Но, Ег, Ти, Ьи, Бе, открытые Берто с сотрудниками, являются мультиферроиками с антиферромагнитными или слабоферромагнитными свойствами;

3) борациты - соединения с общей формулой М3В7013X, где М -двухвалентный ион металла М = Сг,Мп^е,Со,Си,№, а Х=С1,Вг,1. Они являются мультиферроиками с антиферромагнитными (некоторые со слабым ферромагнетизмом) свойствами;

4) соединения BaMF4 (М=Мп, Fe, Со, N1) имеют ромбическую кристаллическую структуру в высокотемпературной фазе.

В таблице 1 приведены некоторые представители мультиферроиков каждой группы с указанием типов электрического и магнитного упорядочений и соответствующих температур электрического Тэ и магнитного Тм переходов. [18-19]

Таблица 1.1

Мультиферроики

По типу крист. Соединение ^п электрического Тип магнитного упорядочения Тэ,К

1) PЬ(Fe2 И'1)03 3 3 СЭ АФМ 178 363

РЬ {ре\ ЯеЛ 03 V 2 2/ АСЭ ФИМ 433 >293

В1¥е03 АСЭ АФМ 1123 -650

ШМпО АСЭ ФМ 773 103

2) УМп03 СЭ АФМ 913,933 -80

НоМп03 СЭ АФМ 873 76

3) Сг3В7013С1 СЭ АФМ -260 25

Мп3В7013С1 СЭ АФМ 680 -6

4) ВаСоРА СЭ АФМ 1153 69

СЭ АФМ 1593 70

Примечание: данные отмеченные вопросом, нуждаются в уточнении.

Сегодня, многие научные группы также исследуют композитные мультиферроики, которые представляют собой многослойные структуры, состоящие из известных магнитных и сегнетоэлектрических слоев

Мультиферроики со слабой связью электрической и магнитной подсистем.

Первая группа мультиферроиков является многочисленной и возникла хронологически раньше второй. Эти материалы являются хорошими сегнетоэлектриками, критические температуры магнитных и сегнетоэлектрических переходов в которых могут быть значительно выше комнатной температуры. Но, к сожалению, как было сказано выше, связь между магнетизмом и сегнетоэлектричеством в этих материалах, как правило, довольно слабая. Основной задачей развития мультиферроиков

данного типа, является усиление этой связи, сохраняя при этом положительные качества материала. В зависимости от механизма возникновения спонтанной поляризации, можно выделить различные подклассы мультиферроиков первого типа. Рассмотрим два основных подкласса мультиферроиков первого типа и соответствующие им механизмы возникновения спонтанной поляризации сегнетоэлектрика. [20]

Мультиферроики с сегнетоэлектрическими свойствами обусловленными смещением ионов переходных металлов

Данный механизм поляризации сегнетоэлектриков характерен для материалов со структурой перовскита. Помимо сегнетоэлектриков, среди материалов со структурой перовскита, есть много магнетиков. Сравнительный анализ физических свойств этих материалов создаёт впечатление, что в перовскитах невозможно сосуществования магнитных моментов и поляризации. Это обусловлено тем, что практически все сегнетоэлектрические перовскиты содержат ионы переходных металлов с пустой d- оболочкой (таких как 7i4+, Га1+, Ж6), а как было сказано ранее для проявления магнитных свойств необходимо, чтобы d-оболочки переходных металлов были заполнены электронами частично. Сегнетоэлектрическое упорядочение в решётке перовскита возникает в основном за счёт смещений ионов переходных металлов, которые формируют сильные ковалентные связи с ионами кислорода, используя свои свободные d-состояния Наличие электронов в d-конфигурации магнитных переходных металлов подавляет этот процесс, предотвращая сегнетоэлектрическое упорядочение в магнитных перовскитах. Это так называемая «d0 vs. dn problem», которая была одной из первых проблем, поиск решений которой привел к рождению мультиферроиков. Одним из возможных практических путей решения этой проблемы является

создание «смешанных» перовскитов с и ёп- ионами (рис. 1.1). Таким образом, был получен первый мультиферроик РЬ(Рег_Ш _) 03, сочетающий

3 3

сегнетоэлектрические свойства с антиферромагнитными. Но, к сожалению, связь магнитной и сегнетоэлектрической подсистем в смешанных перовскитах является довольно слабой.

Рисунок 1.1 - Модель «смешанного» мультиферроика на основе материалов со структурой перовскита (закрашенные кружки -сегнетоактивные ионы с ; светлые кружки - магнитные ионы с ёп. Сдвиг сегнетоативных ионов из центров кислородных октаэдров приводит к поляризации (сплошные стрелки), сосуществующей с магнитным порядком (пунктирные стрелки))

Мультиферроики с сегнетоэлектрическими свойствами обусловленными наличием неподеленных электронных пар.

В таких материалах, как например BiFe0з, BiMn0з и PbV0з, ионы Bi и РЬ2+ играют важную роль в происхождении сегнетоэлектричества. В этих ионах, есть два внешних 6s-электрона, которые не участвуют в химических связях. Их называют неподеленной электронной парой, или оборванными связями Именно они обеспечивают высокую поляризуемость материала. С точки зрения микроскопической теории сегнетоэлектрическое упорядочение в этих материалах возникает при смещении этих неподеленных пар в одном направлении (рис. 1.2). Это справедливо для многих Bi - и РЬ - содержащих сегнетоэлектриков и мультиферроиков, например, такого как феррит висмута (BiFe0з) - в котором обнаружили сосуществование сегнетоэлектрического и антиферромагнитного упорядочения (каждый атом окружен шестью атомами с противоположной ориентацией спина [18]).

Одним из самых популярных соединений, на основе которого создают новые магнитоэлектрические материалы, является феррит висмута, что в значительной мере связано с рекордно высокими температурами электрического (Тэ = 1123 К) и магнитного (Тм = 650 К) упорядочений. Магнитные и диэлектрические петли гистерезиса соединения BiFe0з приведены на рис. 1.3.

Рисунок 1.2 - Пояснение к механизму поляризации таких материалов как В1Бе03, РЬУ03 (упорядочение неподеленных пар (заштрихованное

• 3 2

облако) В1 или РЬ (серый шар), способствует поляризации (стрелка). Черные и белые шарики - атомы с противоположной ориентацией спина)

Рисунок 1.3 - (а) - петли магнитного гистерезиса В1Бе°3 при различных температурах; (б) - петли диэлектрического гистерезиса В1Бе°3 при комнатной температуре [ 18]

Мультиферроики с сильной связью электрической и магнитной подсистем.

Второй тип мультиферроиков, выделили относительно недавно. Вызвано это было открытием нового класса материалов, в которых сегнетоэлектрические свойства существуют только в магнитоупорядоченном состоянии и обусловлены определённым типом магнетизма. Например, в соединении TbMnO3, магнитное упорядочение возникает при температуре Тм =41 К, а при более низкой температуре ТЭ=28К магнитная структура изменяется, и ненулевая электрическая поляризация возникает только в низкотемпературной фазе. [ 21]

Первые работы по изучению соединения ТЬМпО3 выявили ряд интересных эффектов. Например, было показано, что приложение внешнего магнитного поля, определённой величины и вдоль определённого направления, приводит к повороту поляризации на 90 градусов. Поочерёдная смена направления внешнего магнитного поля, приводит к соответствующим колебаниям поляризации. С момента открытия данного материала, были обнаружены и изучены ряд других материалов с сильной магнитоэлектрической связью.

С точки зрения механизма поведения мультиферроиков, выделяют два подкласса мультиферроиков второго типа: те, в которых сегнетоэлектрические свойства проявляются при определённом типе магнитной структуры (спирали) и те, в которых сегнетоэлектрические свойства проявляются даже в коллинеарных магнитных структурах.[3]

Мультиферроики спирального типа

Большинство известных на сегодняшний день мультиферроиков второго типа, принадлежат к этому подклассу. Для материалов данного подкласса характерным является то, что сегнетоэлектрические свойства

проявляются лишь в сочетании со спиральной магнитной фазой, в основном типа циклоиды. Так обстоит дело в соединениях ТЬМпО3, №3У204, MnW04. В соединении ТЬМп03 ниже температуры Тм =41 К

3+

спины ионов Мп упорядочиваются в синусоидальную структуру, которую можно рассматривать как «волну спиновой плотности»: спины выстроены на одной оси, но локальный магнитный момент периодически изменяется в пространстве (рис. 1.4 а). При более низкой температуре Тэ = 28 К спины ионов Мп выстраиваются в такой порядок, что их концы описывают циклоидальную спираль (рис. 1.4 б). Кацура, Нагаоса, и Балацкий, используя микроскопический подход, а так же Мостовой, используя феноменологический подход, показали в этом случае обнаруживается нулевая поляризация (| р |^0), а микроскопический механизм этой поляризации связан со спин-орбитальным взаимодействием.

У*

ГЛ ГЛ /Т> ГА УО ку Цу \0 Сз^

г

Рисунок 1.4 - Различные типы магнитной структуры

мультиферроиков второго типа, где <2 - волновой вектор, Р - вектор поляризации, двойная стрелка указывает направление спина (а -синусоидальные волны спиновой плотности; б — циклоидальная спираль, спины вращаются в плоскости X - Ъ )

Мультиферроики с коллинеарной магнитной структурой

Ко второму подклассу мультиферроиков относят материалы с коллинеарной магнитной структурой (все магнитные моменты ориентированы вдоль частных осей, без участия спин-орбитального взаимодействия). Поляризация может проявиться в этих материалах, как следствие обменной стрикции, поэтому связь между магнитными и сегнетоэлектрическими свойствами, изменяется в зависимости от положения атомов. К данному подклассу мультиферроиков относят, например следующие соединения: Ca3CoMnO6, RMnO3 (где Я — малый редкоземельный элемент) и др. [22, 23]

Для примера приведём некоторые магнитные, электрические, и магнитоэлектрические свойства монокристаллов 0ёМп03 в области низких температур в сильных магнитных полях до 200 кЭ. Монокристаллы 0ёМп03 были выращены методом зонной плавки с оптическим нагревом. Порошковый рентгенофазовый анализ показал, что кристаллы являются однофазными и обладают орторомбической кристаллической структурой. Кристаллы ориентировались рентгенографическим методом, и из них вырезались образцы: для измерений поляризации - в форме кубиков с рёбрами, направленными вдоль основных кристаллографических осей и имеющих размеры порядка нескольких мм, а для измерения диэлектрической константы - плоскопараллельные пластинки или диски с характерными размерами: толщина ~1 мм, площадь ~20 мм [24].

Магнитные свойства монокристалла определялись из измерений кривых вращающих моментов, которые проводились на торсионном анизометре в постоянных магнитных полях до 12 кЭ в интервале температур 4.2 - 50 К. На рис. 1.5 (а) представлена температурная зависимость спонтанного магнитного момента вдоль оси с монокристалла 0ёМп03, полученная из измерений кривых вращающего момента в магнитном поле 3 кЭ.

30

20

10

Л

20-

16-

12-

8-

10

15 20

Т,К

25

15

30 45

Т,К

60

Рисунок 1.5 - (а) - температурная зависимость спонтанной намагниченности вдоль оси с кристалла 0ёМп03; (б) - температурная зависимость диэлектрической постоянной вдоль осей а и с кристалла 0ёМп03, на частоте 1 МГц [24]

0

5

0

7

Из рисунка видно, что слабоферромагнитный момент возникает ниже «2 О К и возрастает с понижением температуры, достигая величины 35 э-м-е. вблизи температуры 8К, затем намагниченность резко падает,

/~> л л э-м-е-

принимая ниже температуры упорядочения ионов Оа значение 4 -,

близкое к величине слабоферромагнитного момента марганцевой подсистемы. [24]

На рис. 1.5 (б) представлена температурная зависимость диэлектрической постоянной вдоль осей а и с кристалла 0ёМп03, на частоте 1 МГц. На этой частоте вдоль оси с кристалла аномалия на температурной зависимости £с ( 7) - мала. С понижением температуры в ходе зависимости £с ( 7) наблюдался резкий скачок диэлектрической постоянной при 7^ «2 О К, где происходит переход от несоразмерного синусоидального антиферромагнитного упорядочения Мп к скошенному. Вблизи 7 « 6 . 5 К, также имелась заметная аномалия диэлектрической постоянной, связанная с антиферромагнитным упорядочением Оё , то есть проявляется тесная связь электрической и магнитной подсистем. [6]

На рис. 1.6 представлены зависимости электрической поляризации вдоль различных кристаллографических направлений при температуре 5 К и при Н\\Ь, которые были получены после предварительного охлаждения

кристалла 0ёМп03, в электрическом поле Е = — 1 5 О О —. Из рисунка

видно, что наиболее резкое возрастание поляризации происходит вдоль осей а и Ь кристалла в пороговом поле Н~ 40 кЭ. Так же видно, что изменение электрической поляризации вдоль оси а кристалла с ростом поля имело другой знак по сравнению с наблюдаемой для осей Ь и с.

Рисунок 1.6 - Зависимость электрической поляризации вдоль осей а,

Ь и с кристалла ОёМпОз при температуре 5 К и после охлаждения от Т =40

р

К в электрическом поле Е-- 1 5 0 0 —

см

1.2. Применение мультиферроиков в радиоэлектронике.

Для использования мультиферроиков в практических целях желательны соединения с низкими потерями, малой электропроводностью, значительным магнитным моментом и магнитоэлектрической восприимчивостью и достаточно высокими значениями температур электрического и магнитного переходов (выше комнатной температуры). В настоящее время нет мультиферроика, удовлетворяющего всем этим требованиям, хотя в отдельных соединениях некоторые из перечисленных условий выполняются [25].

Приборы, использующие мультиферроидные кристаллы, можно разделить на три типа [26]:

1) устройства, в которых используется сегнетоэлектрические или магнитные свойства в отдельности;

2) устройства, где сегнетоэлектрические и магнитные свойства используются одновременно, но без магнитоэлектрического взаимодействия (используют мультиферроики первого типа);

3) приборы действие которых основано на магнитоэлектрических эффектах (используют мультиферроики второго типа).

В данном контексте, наиболее интересны второй и третий типы приборов Ко второму типу приборов относится например фарадеевский фазовращатель, работающий в микроволновом диапазоне. Качество его

работы определяется величиной , где Ы2 - компонента

намагниченности в направлении распространения электромагнитных волн, б' и б" - действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости. Наблюдаемые малые значения М, в мультиферроиках могут не сказываться на качестве работы прибора при больших значениях диэлектрической проницаемости Б. Такие б' наблюдаются, например, в соединениях перовскита и в гетерофазных твердых растворах.

Взаимодействие электрической и магнитной подсистем в мультиферроиках может проявляться в виде целого ряда эффектов. Практический интерес среди них представляют три [ 27]:

• линейный магнитоэлектрический эффект (индуцированная магнитным полем электрическая поляризация и индуцированная электрическим полем намагниченность);

• эффект взаимного магнитоэлектрического контроля (переключения спонтанной поляризации магнитным полем и спонтанной намагниченности электрическим полем);

• эффект магнитоемкости (изменение диэлектрической постоянной под действием магнитного поля).

Эти эффекты лежат в основе приборов третьего типа. Например, переключение или модуляция электрической поляризации магнитным полем создаёт возможность получения магнитопереключаемого оптического прибора в видимой и ИК областях спектра. Принцип его работы заключается в изменении величины линейного двулучепреломления при изменении поляризации под действием магнитного поля.

Большой интерес представляет использование мультиферроиков в спинтронике, использующей транспортные свойства спин -поляризованных электронов. Используя новую степень свободы -электрическую поляризацию, можно получить дополнительный рычаг воздействия на магнитные и магниторезистивные свойства спинтронных элементов, а также реализовать логические устройства с четырьмя состояниями. Более того, использование магнитоэлектрических явлений в перспективе может позволить отказаться от записи информации с помощью электрических токов, что очень своевременно, поскольку дальнейшая миниатюризация традиционно используемых индуктивных элементов сталкивается с проблемой чрезмерного тепловыделения из -за увеличения плотности токов [28].

Особый интерес представляет использование мультиферроиков в СВЧ технике. Для примера рассмотрим некоторые устройства на основе двухслойных композитов: плёнки феррита и пластины пьезоэлектрика/сегнетоэлектрика. Управляемость в таких псевдо -мультиферройдных структурах реализуется через изменение магнитного поля, что приводит к изменению магнитной проницаемости феррита (магнитное управление). Кроме того, изменение электрического поля вызывает изменение диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика, или к сжатию или растяжению пьезоэлектрика, которое передается ферриту и приводит к изменению его намагниченности, внутреннего магнитного поля (электрическая перестройка). СВЧ устройства, изготовленные с использованием таких феррит-сегнетоэлектрических структур в широком диапазоне частот, способны быстро электрически перестраиваться между несколькими близко расположенными дискретными частотами. [29]

На рис. 1.7 представлена структура двухслойного электрически перестраиваемого СВЧ резонатора на основе железо-иттриевого граната (YIG) и пьезоэлектрика цирконата-титаната свинца. Пленка YIG (с намагниченностью насыщения 4 nMs = 1 75 0Гс и шириной линии ферромагнитного резонанса (ФМР) АН ~ 0 . 6 Э на частоте 5 ГГц), толщиной 15 мкм, с помощью жидкофазной эпитаксии выращена на подложке из галлий-гадолиниевого граната (ГТТ) с ориентацией (111). Подложка имеет поперечные размеры (1x2.2) мм. Плёнка YIG связана с керамической пластиной ЦТС ((4х4х0.5)мм) с помощью быстросохнущей эпоксидной смолы. На пластину ЦТС с обеих сторон нанесены серебряные электроды толщиной 5 мкм. Двухслойная структура, со стороны GGG-подложки, расположена на микрополосковом преобразователе (50мкм хЗмм), изготовленном на корундовой подложке. [ 23]

При изменении электрического поля, приложенного к пластине ЦТС, в

пределах + 1 О — , пьезоэлектрическая деформация приводит к

перестройке пиков ФМР до 18 МГц или до 25 МГц (рис. 1.8 а) для магнитного поля, приложенного соответственно параллельно или перпендикулярно плоскости раздела слоев УЮ и ЦТС (плоскости структуры). Приведём выражения для частот ФМР устройства при ориентации внутреннего магнитного поля (Н0) параллельно (с± ) и перпендикулярно ( ш ^ ) плоскости структуры (СГС):

с ! = 7 [ Я0 ( Я0 + 4 т М5) ] 2 , с2=7 ( Я0 — 4 тт М5) ] , где

7 — гиромагнитное отношение для спина электрона.

Конечные поперечные размеры ферритовой плёнки, и металлических экранов на поверхностях пьезоэлектрика, а так же поле анизотропии УЮ приводят к небольшим отклонениям от теоретических оценок, однако было показано, что приведённые выражения для частот ФМР хорошо согласуются с результатами измерений.

Рисунок 1.7 - Структура двухслойного электрически перестраиваемого СВЧ резонатора на основе YIG-ЦТС [23]

На рис. 1.8 (б) приведена зависимость перестройки резонансной частоты (д/) от величины электрического поля, измеренная на центральной частоте / =5ГГц, что соответствует следующим напряжённостям внешнего магнитного поля: Н=1.07 кЭ - параллельно плоскости структуры, Н = 3.53кЭ - перпендикулярно плоскости структуры. Из анализа полученных данных, был сделан вывод, что основной причиной сдвига резонансной частоты с приложением электрического поля к ЦТС, является изменение эффективного внутреннего магнитного поля в плёнке УЮ, за счёт магнитоэлектрических эффектов. [7]

Степень электрической перестройки частоты потенциальной может быть увеличена за счёт использования материалов обеспечивающих более сильную магнитоэлектрическую связь На рис. 1.9 представлена оценка зависимости вещественной части магнитной восприимчивости бислоёв литиевого феррита - ЦТС, феррита никеля - ЦТС и УЮ - ЦТС, от статического магнитного поля, ориентированного перпендикулярно плоскости структуры, при различных значениях напряжённости электрического поля прикладываемых к пьезоэлектрику. Из рисунка видно, что наиболее сильная электрическая перестройка по резонансному магнитному полю наблюдается в структуре феррит никеля - ЦТС. Величина этой перестройки прямо пропорциональна произведению пьезоэлектрического коэффициента пьезоэлектрика и коэффициента магнитострикции магнетика. [25]

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Семенов Александр Анатольевич, 2017 год

Список использованной литературы

1. Лайнс М., Гласс А., Леманов В. В., & Смоленский Г. А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. - 1981.

2. Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы / А.А. Преображенский, Е.Г. Бишард // M.: Высш. шк. - 1986. - С.352.

3. А. К. Звездин, А. П. Пятаков. Фазовые переходы и гигантский магнитоэлектрический эффект в мультиферроиках // УФН.- 2004. - т. 174 (465-470)

4. Eerenstein, W., Mathur, N. D., & Scott, J. F. (2006). Multiferroic and magnetoelectric materials. Nature, 442(7104), 759-765

5. Макоед И.И. Получение и физические свойства мультиферроиков / И.И. Макоед // Брест: БрГУ. - 2009. - С. 181.

6. Гуревич А. Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. - Гос. изд-во физико-математической лит-ры, 1960.

7. Калиникос Б. А. Спиновые волны в ферромагнитных пленках //Соросовский Образовательный Журнал. - 1996. - №. 5. - С. 93-100.

8. Вендик О. Г. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ. - 1979.

9. С Карманенко, С.Ф., Дедык, А.И., Исаков, Н.Н., Сахаров, В.И., Семенов, А.А. Компонентный состав и деформационные напряжения сегнетоэлектрических пленок титаната бария—стронция [Текст] / С.Ф. Карманенко, А.И. Дедык, Н.Н. Исаков, В.И. Сахаров, А.А. Семенов, И.Т. Серенков, Л.Т. Тер-Мартиросян // Письма в Журнал технической физики. - 1999. - Т. 25. - № 19. - С. 50-60.

10.С Dedyk A.I., Karmanenko S.F., Semenov A.A. Influence of layer interface parameters on dielectric characteristics of BSTO ferroelectric film planar capacitors [Текст] / A.I. Dedyk, S.F. Karmanenko, A.A. Semenov, L.T. Ter-Martirosyan, S. Leppavuori, A. Uusimaki, F. Wang, V.I. Sakharov, I.T. Serenkov // В сборнике: Journal De Physique IV: JP. - 1998.

11. С Semenov, A.A. Properties of ferrite - ferroelectric structures for devices tunable in the microwave and high-frequency ranges [Текст] / A.A. Semenov, A.I. Dedyk, P.Yu. Belavsky, A.A. Nikitin, Yu.V. Pavlova, I.L. Mylnikov, O.V. Pakhomov // European Microwave Week 2013: Conference Proceedings; EuMC 2013: 43rd European Microwave Conference. -Nürnberg, 2013. - P. 1155-1158.

12.С Карманенко, С.Ф., Дедык, А.И., Исаков, Н.Н., Гордейчук, А.С., Семенов, А.А. Исследование влияния примесей марганца на диэлектрические характеристики пленок BSTO [Текст] / С.Ф. Карманенко, А.И. Дедык, Н.Н. Исаков, А.С. Гордейчук, А.А. Семенов, Л.Т. Тер-Мартиросян // Журнал технической физики. - 2001. - Т. 71. -№ 4. - С. 136-140.

13.С Семенов А.А. Исследование сегнетоэлектрических многослойных структур со свойствами мультиферроиков на основе пленок титаната бария-стронция [Текст] / А.А. Семенов, А.И. Дедык, И.Л. Мыльников, О.В. Пахомов, Ю.В. Богачев, М.Н. Князев, Ю.В. Павлова, П.Ю. Белявский // Физика твердого тела. - 2015. - Т. 57. -№ 3. - С. 523-530.

14.С Пахомов, О.В., Карманенко, С.Ф., Семенов, А.А. Термодинамическая оценка эффективности охлаждения посредством электрокалорической твердотельной линии [Текст] / О.В. Пахомов, С.Ф. Карманенко, А.А. Семенов, А.С. Старков, А.В. Еськов // Журнал технической физики. - 2010. - Т. 80. - № 8. - С. 80-85.

15. А. К. Звездин, А. П. Пятаков. Неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие в мультиферроиках и вызванные им новые физические эффекты // УФН - 2009. - т. 179 (897904).

16. D. Khomskii. Classifying multiferroics: Mechanisms and effects // Physics - 2009. 2, 20. // http: //physics.aps. org/articles/v2/20.

17. Г. А. Смоленский, И. E. Чупис. Сегнетомагнетики // УФН - 1982. - т. 137 (415-448).

18. А. К. Pradhan, К. Zhang, P. Bhattacharya, etc. Magnetic and electrical properties of singlephase multiferroic BiFeO3. // JAP. - 2005. 97.

19. А. М. Кадомцева, Ю. Ф. Попов, Г. П Воробьёв. Специфика магнитоэлектрических эффектов в новом сегнетомагнетике GdMn03 // Письма в ЖЭТФ,- 2005. -т. 81 (22-26).

20. Umit Ozglir, Yahya Alivov and Hadis MorkoQ Microwave ferrites, part 2: passive components and electrical tuning. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics -2009. 20, 10.

21. Kenzelmann M. et al. Magnetic inversion symmetry breaking and ferroelectricity in TbMnO 3 //Physical Review Letters. - 2005. - Т. 95. - №. 8. - С. 087206.

22. Zhang Y., Xiang H. J., Whangbo M. H. Interplay between Jahn-Teller instability, uniaxial magnetism, and ferroelectricity in Ca 3 CoMnO 6 //Physical Review B. - 2009. - Т. 79. - №. 5. - С. 054432.

23. Sugie H., Iwata N., Kohn K. Magnetic ordering of rare earth ions and magnetic-electric interaction of hexagonal RMnO3 (R= Ho, Er, Yb or Lu) //Journal of the Physical Society of Japan. - 2002. - Т. 71. - №. 6. - С. 1558-1564.

24. Kadomtseva A. M. et al. Specificity of magnetoelectric effects in a new GdMnO3 magnetic ferroelectric //Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. - 2005. - Т. 81. - №. 1. - С. 19-23.

25. Fiebig M. Revival of the magnetoelectric effect //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2005. - Т. 38. - №. 8. - С. R123.

26. Eerenstein W., Mathur N. D., Scott J. F. Multiferroic and magnetoelectric materials //nature. - 2006. - Т. 442. - №. 7104. - С. 759765.

27. E. А. Туров, В. В. Меныпенин, М. И. Куркин, и др. Изучение взаимосвязи электрических и магнитных свойств мультиферроиков. // http://www1.imp.uran.ru/UserFiles/File/dostizhenia/Turov.pdf

28. Bibes M. et al. Towards a magnetoelectric memory //Nat. Mater. -2008. - Т. 7. - С. 425-426.

29. Aponte, F., Masso, R., Dasari, K., Sreenivasulu, G., Srinivasan, G., & Palai, R. (2017). Magnetodielectric coupling in Ferromagnetic/Ferroelectric/Ferromagnetic spin capacitor. MRS Advances, 2(4), 241-246

30. V. E. Demidov, B. A. Kalinikos, P. Edenhofer, "Dipole-exchange theory of hybrid electromagnetic-spin waves in layered film structures",., vol. 91, no. 12, pp. 10007-10016, 2002.

31. Y. K. Fetisov and G. Srinivasan, "Electrically tunable ferrite-ferroelectric microwave delay lines," Appl. Phys. Lett., vol. 87, pp. 103502, 2005.

32. B. Ustinov, V. S. Tiberkevich, G. Srinivasan, A. N. Slavin,

A. A. Semenov, S. F. Karmanenko, B. A. Kalinikos, R. Ramer "Electric Field Tunable Ferrite-Ferroelectric Hybrid Wave Microwave Resonators: Experiment and Theory", J. Appl. Phys., vol.100, p. 093905, 2006.

33. S. Shastry, G. Srinivasan, M. I. Bichurin, V. M. Petrov, A. S. Tatarenko, "Microwave magnetoelectric effects in single crystal bilayers of yttrium iron garnet and lead magnesium niobate-lead titanate," Phys. Rev.

B, vol. 70, pp. 064416, 2004.

34. Демидов В.Е. Пленочные ферромагнетики и мультиферроики: физика волновых явлений и применения в микроэлектронике СВЧ /

B.Е. Демидов, Б.А. Калиникос // Письма в ЖТФ. - 2000.- Т.26, №.7-

C.8-17.

35. Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status, and future directions / G. Srinivasan, S. Dong, D.

Viehland, M.I. Bichurin, C. Nan // J. Appl. Phys. - 2008.-V.103.- P. 031101031101-35

36. Bichurin M.I. Magnetoelectric microwave phase shifters / M.I. Bichurin, R.V. Petrov, Y.V. Kiliba // Ferroelectrics. - 1997.- V.204. - P.311

37. Fetisov Y.K. Electric field tuning characteristics of a ferrite-piezoelectric microwave resonator / Y.K. Fetisov, G. Srinivasan // Appl. Phys.Lett. - 2006. - V. 88. - 143503.

38. Tatarenko A.S. Magnetoelectric microwave phase shifter/A. S. Tatarenko, G. Srinivasan, M.I. Bichurin // Appl. Phys.Lett. 2006. - V. 88. -183507.

39. Bingfeng Y. A review of magnetic refrigerator and heat pump prototypes built be-fore the year 2010 // International journal of refrigeration. —2010. —Vol. 33. —P. 1029-1060

40. Бродянский В.М. Перспективы использования магнитокалорического и электрокалорического эффектов для получения низких температур // В кн.: Низкотемпературные процессы и криогенные системы. - М. 1979. - В.427. - С.34-53.

41. Бродянский В.М., Синявский Ю.В. О возможности создания холодиль-ных установок на основе электрокалорического эффекта // Холодильная техника. - 1982. - № 7. - С.24-29.

42. Pecharsky V. K., Gschneidner K. A. J.(1997). Giant Magnetocaloric Effect in Gd5sSi2Ge2d //PHY SI CAL REV I EW LETTERS. - С. 44944497.

43. Pasquale M. et al. Magnetostructural transition and magnetocaloric effect in Ni 55 Mn 20 Ga 25 single crystals //Physical Review B. - 2005. -Т. 72. - №. 9. - С. 094435.

44. Струков Б.А. Электрокалорический эффект в монокристаллическом триглицинсульфате.// Кристаллография, —1966, —Т.2, Н. 6.—С. 892-895.

45. Карчевский А. И. Электрокалорический эффект в поликристаллическом титанате бария.// ФТТ.— 1961,— T. З, Н. 10, — С.3092.

46. Mischenko A. S. Giant Electrocaloric Effect in Thin-Film PbZrTiO3 /A. S. Mischenko, Q. Zhang, J. F. Scott, R. W. Whatmore, N. D. Mathur // Science. —2006. —Vol.311. —P. 1270.

47.Lisenkov S. et al. Multicaloric effect in ferroelectric PbTiO 3 from first principles //Physical Review B. - 2013. - Т. 87. - №. 22. - С. 224101.

48.Scott, J.F. Applications of Modern Ferroelectrics / J.F. Scott // Science, 2007. V.315. - P.954-998.

49.Тумаркин, А.В. Влияние температуры осаждения на структурные и электрофизические свойства тонких пленок титаната бария-стронция /

A.В. Тумаркин, А.К. Михайлов, А.Г. Алтынников // ПЖТФ, 2008. Т.34, №18. - С.14-19.

50.Мухортов, В.М. Применение наноразмерных пленок титаната бария-стронция для перестраиваемых сверхвысокочастотных устройств /

B.М. Мухортов, С.И. Марычев, Ю.И. Головко, А.В. Чуб, В.М. Мухортов // ЖТФ, 2006. Т.76, №10. - С.445-450.

51. Tagantsev A.K. Ferroelectric Materials for Microwave Tunable Applications / A.K.Tagantsev, V.O. Sherman, K.F. Astafiev, J. Venkatesh, N. Setter // Journal of Electroceramics, 2003. V.11. - P.5-66.

52. Razumov, S.V. Characterisation of quality of BaxSr1-xTiO3 thin film by the commutation quality factor measured at microwaves / S.V. Razumov, A.V. Tumarkin, M.M. Gaidukov, A.G. Gagarin, A.B. Kozyrev, O.G. Vendik, A.V. Ivanov, O.U. Buslov, V.N. Keys, L. C.Sengupta and X. Zhang // Appl. Phys. Lett., 2002. V.81. - P.1675-1677.

53. Klissurska, R.D. Microstructure of PZT sol-gel films on Pt substrates with different adhesion layers / R.D. Klissurska, T. Maeder , K.G. Brooks , N. Setter // Microelectronic Engineering, 1995. V.29. - P.297-300.

54. Nakamura, T. Electrical properties of Pb(Zr,Ti)O3 thin film capacitors on Pt and Ir electrodes / T. Nakamura, Y. Nakao, A. Kamisawa, H. Takasu. // Jpn. J. Appl. Phys., 1995. V.34. - P.5184-5187/

55. Cross, J.S. Characterization of PZT capacitors with SrRuO3 electrodes / J. S. Cross, M. Fujiki, M. Tsukada, Y. Kotaka, Y. Goto // Integrated Ferroelectrics, 1998. Vol.21. - P.263-271/

56. Dongsu, K. A Wide-Band Reflection-Type Phase Shifter at S-Band Using BST Coated Substrate / K. Dongsu, Y. Choi, Mark G. Allen, J. Stevenson Kenney, David Kiesling // IEEE Trans., 2002. V.50, №12. -P.213-220.

57. Вендик, О.Г. Сегнетоэлектрики находят свою «нишу» среди управляющих устройств СВЧ / О.Г. Вендик // ФТТ, 2009. Т.51, №7. -С.55-59.

58. Мухортов В.М. Деформации решетки в эпитаксиальных тонких пленках на основе BiFeO3 и Ba0.8Sr0.2Ti03 на монокристаллических подложках (001)Mg0. О.А. Бунина, Д.В.Стрюков, Ю.И. Головко, В.М. Мухортов, журнал Известия РАН. Серия "фи-зическая" 2014.Т.78(8)

59. Chung, I. Integration of ferroelectric capacitors using multilayered electrode / I. Chung, J.K. Lee, C.J. Kim, C.W. Chung // Integrated Ferroelectrics, 1997. V.16. - P.97-108.

60. Афанасьев, В.П. Влияние условий формирования тонкопленочной системы диэлектрическая подложка-платина-цирконат-титанат свинца на структуру, состав и свойства пленок цирконата - титаната свинца / В.П. Афанасьев, С.В. Богачев, Н.В. Зайцева // ЖТФ, - 1996. Т.66, №6. - C.160-163.

61. Kim, B.E. Pt electrode investigation and electrical properties of RF magnetron sputtered Pb(Zr,Ti)O3 / B.E. Kim , F. Varniere, B. Agius., R. Bisaro // Microelectronic Engineering, 1995. V.29. - P.231-234.

62. Сигов, А.С. Сегнетоэлектрические тонкие пленки и наноструктуры / А.С. Сигов, К.А. Воротилов, Е.Д. Мишина //

материалы 17 Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков, 2005. - С.24-25.

63. Liu, Y. BaSrTiO3 Interdigitated Capacitors for Distributed Phase Shifter Applications / Y. Liu, A.S. Nagra, E.G. Erker, P. Periaswamy, T.R. Taylor, J. Speck, R.A. York // IEEE Microwave and Guided Wave Lett., 2000. V.10, №11. - P.1211-1218.

64. Acikel, B.A New High Performance Phase Shifter using BaxSr1-xTiO3 Thin Films / B. Acikel, T.R. Taylor, P.J. Hansen, J.S. Speck, R.A. York // IEEE Microwave and Wireless Com. Lett., 2002. V.12, №7. -P.1114-1120.

65. Goldschmidt V.M. Skrifter det Norske Videnskaps-Akad // Oslo I. Matern. -Naturvid Klasse. - 1926. - № 8. - P. 194.

66. U. Ozgur, Ya. Alivov, H. Morkoc. J. Mater. Sci. Mater.Electron. 20, 911 (2009).

67. G.W. Nan, M.I. Bicharin, S. Dong, D. Viehland, S. Srinivasan.J. Appl. Phys. 103, 031 101 (2008).

68. С S.F. Karmanenko, E.A. Nenasheva, A.I. Dedyk, A.D. Kanareikyn, A.A. Semenov - Frequency dependence of microwave quality factor of doped BaxSr1-xTiO3 ferroelectric ceramics // Integrated Ferroelectrics, 2004, V. 61, p. 177-181.

69. С С.Ф. Карманенко, А.И. Дедык, Н.Н. Исаков, В.И. Сахаров, А.А. Семенов, И.Т. Серенков , Л.Т. Тер-Мартиросян, Компонентный состав и деформационные напряжения сегнетоэлектрических пленок титаната бария-стронция // Письма в ЖТФ, 1999, т.25, вып.19, с.50-60.

70. О.Г. Вендик. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ. Сов. радио, М. (1979). 272 с.

71. А.М. Прудан, Е.К. Гольман, А.Б. Козырев, Р.Н. Кютт, В.Е. Логинов. ФТТ 39, 6, 1024 (1997).

72. Плескачев В. В., Вендик И. Б. Коммутационное качество электрически управляемых СВЧ компонентов //Письма в ЖТФ. - 2003. - Т. 29. - №. 24. - С. 15-21.

73. С Исследование сегнетоэлектрических многослойных структур со свойствами мультиферроиков на основе пленок титаната бария-стронция [Текст] / А.А. Семенов, А.И. Дедык, И.Л. Мыльников, О.В. Пахомов, Ю.В. Богачев, М.Н. Князев, Ю.В. Павлова, П.Ю. Белявский // Физика твердого тела. - 2015. - Т. 57. - № 3. - С. 523-530.

74.C Semenov, A. A., Dedyk, A. I., Nikitin, A. A., Belyavskiy, P. Y., Pavlova, Y. V., Mylnikov, I. L., & Stashkevich, A. A. (2016). Artificial multiferroic structures based on barium-strontium titanate. Journal of Materials Science, 51(17), 7803-7813..

75. Беляев В.Д., Зайончковский А.Я., Рубан А.С. Параметры МДМ-структур на основе легированных марганцем кристаллов SrTiO3 при температуре 4,2 К / В.Д. Беляев, А.Я. Зайончковский, А.С. Рубан // Изв. ЛЭТИ. - 1978. - Вып. 236. - С. 72-76.

76. Wu H.-D. Ba0.6Sr0.4Ti03 thin-films for microwave device applications at room-temperature / H.-D. Wu, F.S. Barnes // Integrated Ferroelectrics. - 1998. - Vol. 22. - P. 811 - 825.

77. Sengupta L.S. Densification and stress development in integrated electroceramic thin layers prepared by a sol-gel method / L.S. Sengupta, S. Sengupta // Ferroelectricity Newsletters. - 1996. - V. 4. - № 2. - P. 4-7.

78. Höhne G.W.H. Differential Scanning Calorimetry. 2nd edn/ Höhne G.W.H., Hem-minger W.F., Flammersheim H.-J.// Springer, Berlin. —2003

79. Valant M. Electrocaloric materials for future solid-state refrigeration technologies.// Progress in Materials Science. —2012. —Vol. 57. —P. 9801009

80. Bai Y. The giant electrocaloric effect and high effective cooling power near room temperature for BaTi03 thick film./Yang Bai, Guang-Ping

Zheng, Kai Ding, Lijie Qiao, San-Qiang Shi, Dong Guo.// Journal Of Applied Physics. —2011. —Vol. 110, 094103

81.C Семенов А.А. Метод измерений малых изменений температуры с помощью пленочного ферромагнитного резонатора / А.А. Семенов, С.Ф. Карманенко, А.В. Еськов, О.В. Пахомов, А.С. Старков // Материалы международной научно-технической конференции "Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ". —2010. —С. 83

82. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986.

83. Э.В. Осипов. Твердотельная криогеника. Киев: Наукова думка, 1977. 240 с.

84. Jizhou He; Jincan Chen; Yinghui Zhou; Jin Wang // Energy Conversion and Management, 2002, Vol: 43. P. 2319.

85. Сычев В. В. Сложные термодинамические системы. М.: Энергоатомиздат, 1986.207 с.

86. Пахомов О.В., Старков А.С., Карманенко С.Ф., Еськов А.В. // Вестник международной академии холода, вып. 2007. вып. 2, С.31.

87. С Пахомов, О.В., Карманенко, С.Ф., Семенов, А.А. Термодинамическая оценка эффективности охлаждения посредством электрокалорической твердотельной линии [Текст] / О.В. Пахомов, С.Ф. Карманенко, А.А. Семенов, А.С. Старков, А.В. Еськов // Журнал технической физики. - 2010. - Т. 80. - № 8. - С. 80-85.

88. Львов, В. С. Нелинейные спиновые волны / В. С. Львов // М.: Наука. - 1987. - С. 269.

89. Калиникос Б. А. Солитоны огибающей и модуляционная неустойчивость дипольно-обменных волн намагниченности в пленках железоиттриевого граната / Б. А. Калиникос, Н. Г. Ковшиков, А. Н. Славин // ЖЭТФ. - 1988. - Т. 94. - Вып. 2. - С. 159-176.

90. Фетисов, Ю. К. Солитоны огибающей в среде с сильным нелинейным затуханием / Ю. К. Фетисов, C. E. Patton, В. Т. Сыногач // Письма в ЖЭТФ. - 2006. - Т. 83. - Вып. 11. - С. 579-583.

91. Демидов, В. Е. Спектр дипольно-обменных спиновых волн в касательно намагниченных слоистых структурах металл-сегнетоэлектрик-ферромагнетик-сегнетоэлектрик-металл./ В. Е. Демидов, Б. А. Калиникос// Письма в ЖТФ. - 2000. - T.26. - Вып. 7. -С. 8-17

92. Демидов, В. Е. Электрическая перестройка дисперсионных характеристик спиновых волн в слоистых структурах металл— сегнетоэлектрик-феррит-сегнетоэлектрик-металл/ В. Е. Демидов, Б. А. Калиникос // Письма в ЖТФ. - 1999. - T.25. - Вып. 21. - С. 86-94

93.C В.Е. Демидов, Б.А. Калиникос, С.Ф. Карманенко, А.А. Семенов , П. Эденхофер - Дисперсионные характеристики поверхностных электромагнитно-спиновых волн в слоистых структурах феррит-сегнетоэлектрик-диэлектрик-металл // ПЖТФ, 2002, Т. 28, вып. 11, С.75-84.

94.C A.A. Semenov, A.A. Nikitin, P.Y. Belyavskiy A Theory of Hybrid Electromagnetic-Spin Waves Propagation in Ferrite-Ferroelectric Thin Film Multilayered Structure - Proceedings of the 40th European Microwave Conference, 28-30 September 2010, Paris, France, P. 1313-1316

95.C АА. Semenov, S. F. Karmanenko, V. E. Demidov, B. A. Kalinikos, G. Srinivasan, A. N. Slavin, and J. V. Mantese, "Ferrite-ferroelectric layered structures for electrically and magnetically tunable microwave resonators," Appl. Phys. Lett. Vol. 88, 033503 (2006)

96.C A.A. Semenov, S.F. Karmanenko, B.A. Kalinikos, G. Srinivasan, A.N. Slavin and J.V. Mantese, "Dual-tunable hybrid wave ferrite-ferroelectric microwave resonator", Electronics Letters, Vol. 42 No. 11, article 20060164 (2006)

97.C A.B. Ustinov, V. S. Tiberkevich, G. Srinivasan, A. N. Slavin, A. A. Semenov, S. F. Karmanenko, B. A. Kalinikos, J. V. Mantese, and R. Ramer, "Electric field tunable ferrite-ferroelectric hybrid wave microwave resonators: Experiment and theory," J. Appl. Phys., Vol. 100, article 093905 (2006)

98.С А.А.Никитин, А.Б.Устинов, А.А.Семенов, Б.А.Калиникос "Планарный тонкопленочный феррит-сегнетоэлектрический СВЧ фазовращатель" // Письма в журнал технической физики. -2014 г. T. 40, Вып. 7. -С. 1 -7.

99. С A.A. Nikitin, A.B. Ustinov, A.A. Semenov, B.A. Kalinikos and E. Lähderanta, "All-thin-film multilayered multiferroic structures with a slotline for spin-electromagnetic wave devices" // Appl. Phys. Lett. -2014. V. 104, - P. 093513.

100. С Nikitin A.A., Ustinov A.B., Vitko V.V., Semenov А.А., Belyavskiy P.Y., Mironenko I.G., Stashkevich A.A., Kalinikos B.A., Lahderanta E. Dispersion characteristics of spin-electromagnetic waves in planar multiferroic structures. Journal of Applied Physics. 2015. Vol. 118. No. 18. pp. 183901