Ученые Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Балтийского федерального университета им. И.Канта и Уральского федерального университета объяснили, как работает новый мультиферроик, доступный для использования в медицине и гибкой электронике. Исследование показало, что упругое смещение частиц влияет на магнитоэлектрическое преобразование.

Мультиферроики имеют ферромагнитные и сегнетоэлектрические свойства, когда возникает намагниченность в отсутствии внешнего магнитного поля и поляризация в отсутствии электрического поля. Вещества используют как датчики, частотные фильтры и преобразователи энергии. Мультиферроики многофункциональны. Они считывают информацию, преобразовывают ее в сигнал и могут накапливать энергию.

Новый мультиферроик – гибкий, биосовместимый и устойчивый к агрессивным воздействиям, способный работать в вакууме. Все эти свойства получены благодаря полимеру, на основе которого разработано вещество. Преобразование и поглощение механических вибраций и электромагнитной энергии позволяет применять его в области гибкой электроники. А биосовместимость дает возможность использовать магнитоэлектрическое преобразование в биомедицинских приложениях, где нужны механическое микровоздействие, сенсорные характеристики, автономная работа и преобразование сигнала.

Российские ученые создали модель упругой связи между ферромагнитными и сегнетоэлектрическими частицами.

«Была разработана модель упругой связи между ферромагнитными и сегнетоэлектрическими частицами. В рамках модели ферромагнитные частицы взаимодействуют друг с другом, а также с внешним магнитным полем, сегнетоэлектрические частицы также взаимодействуют друг с другом и с внешним электрическим полем. Все частицы связаны между собой упругими виртуальными пружинами, в том числе частицы разных типов. Включая внешнее поле (магнитное или электрическое), одновременно проводились численные измерения их электрических (магнитных) свойств. Изменение магнитных (электрических) свойств под действием электрического (магнитного) поля означает магнитоэлектрическое преобразование», – рассказала научный сотрудник НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ им. И. Канта Людмила Макарова.

Ученые провели эксперименты на образце эластомера, в ходе которого измеряли его магнитные свойства в отсутствии и присутствии внешнего электрического поля. Полученные результаты сравнили между собой и установили магнитоэлектрический эффект. Исследование доказало преобразование энергии электрического поля в магнитную и наоборот.

«Новый мультиферроик не проявляет классического преобразования, которое обычно происходит за счет магнитострикции (изменения размеров ферромагнетика) и пьезоэффекта. В нашей работе под действием магнитного поля в образце смещаются магнитные частицы, деформируют полимерную среду, что приводит к изменению расположения сегнетоэлектрических частиц и, как следствие, изменению суммарной электрической поляризации образца. Этот эффект работает и в обратную сторону: под действием электрического поля смещаются сегнетоэлектрические частицы, заставляя через упругий полимер смещаться ферромагнитные частицы и изменяя суммарные магнитные свойства образца», — отметила Людмила Макарова.

Также полимерная матрица отличается мягкостью, что говорит о возможности магнитоэлектрического эффекта в материалах, созданных на основе мягкого полимера.