vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2023.3(132).481-487vestnovsu-240Research ArticleФизика конденсированного состоянияCondensed matter physicsМоделирование мультикалорического эффекта в магнитострикционно-сегнетоэлектрических слоистых структурахSimulation of the multicaloric effect in magnetostrictive-ferroelectric layered structureshttps://orcid.org/0000-0002-7733-1030ПетровВ. М.PetrovV. M.

Петров Владимир Михайлович – доктор технических наук, профессор, профессор, главный научный сотрудник,

Великий Новгород.

Veliky Novgorod

Vladimir.Petrov@novsu.ruНовгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоРоссияYaroslav-the-Wise Novgorod State UniversityRussian Federation20232809202303(132)481487Copyright © Петров В.М., 20232023Петров В.М.Petrov V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/240

Рассмотрена методика расчёта мультикалорического эффекта в магнитострикционно-сегнетоэлектрических слоистых структурах, являющегося суперпозицией магнитокалорического, электрокалорического и эластокалорического. На примере слоистой структуры состава цирконат-титанат свинца – феррит кобальта показана возможность увеличения калорических эффектов в магнитострикционно-сегнетоэлектрических слоистых структурах. Приложение к магнитострикционно-сегнетоэлектрической структуре внешних магнитного и электрического полей ведет к индуцированию эластокалорического эффекта и к росту мультикалорического эффекта.

A method for calculating the multicaloric effect in magnetostrictive-ferroelectric layered structures is considered. The multicaloric effect is a superposition of magnetocaloric, electrocaloric and elastocaloric ones. As an example of magnetostrictive-ferroelectric layered structures, the layered structure of lead zirconate titanate and cobalt ferrite provides the possibility of increasing the caloric effects. The application of external magnetic and electric fields to the magnetostriction-ferroelectric structure leads to the inducing the elastocaloric effect and thus to the increased multicaloric effect.

математическое моделированиеэлектрокалорический эффектмагнитокалорический эффектбарокалорический эффектмультиферроикmathematical modelingelectrocaloric effectmagnetocaloric effectbarocaloric effectmultiferroicИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22- 21-20119, https://rscf.ru/project/ 22-21-20119/.ReferencesElectrocaloric Materials: New Generation of Coolers. Eds. T. Correia, Qi Zhang. Berlin, Springer, 2014. 255 p.Electrocaloric Materials: New Generation of Coolers. Eds. T. Correia, Qi Zhang. Berlin: Springer, 2014. 255 p.Es’kov A., Anokhin A., Pakhomov O., Semenov A., Fadeev E., Dedyk A., Kholkin A., Tselev A., Baranov I. V., Lähderanta E. Multiferroic properties of barium strontium titanate ceramics doped with gadolinium and iron // Ferroelectrics. 2021. 574(1). 109-114. DOI: 10.1080/00150193.2021.1888054Es’kov A., Anokhin A., Pakhomov O., Semenov A., Fadeev E.,Dedyk A., Kholkin A., Tselev A., Baranov I. V., Lähderanta E. Multiferroic properties of barium strontium titanate ceramics doped with gadolinium and iron // Ferroelectrics. 2021. 574(1). 109-114. DOI: 10.1080/00150193.2021.1888054Старков А. С., Старков И. А. Мультикалорический эффект в твердом теле: новые аспекты // Журнал экспериментальной и технической физики. 2014. 146(2). 297-303. DOI: 10.7868/S0044451014080082Starkov A. S., Starkov I. A. Mul'tikaloricheskiy effekt v tverdom tele: novyye aspekty [Multicaloric effect in solids: new aspects] // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2014. 146(2). 297-303. DOI: 10.7868/S0044451014080082Sokolovskiy R. R., Fayzullin V. D., Buchelnikov S. V., Drobosyuk M. Theoretical treatment and direct measurements of magnetocaloric effect in Ni2.19−xFexMn0.81Ga Heusler alloys // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2013. 343. 6-12. DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.04.069Sokolovskiy R. R., Fayzullin V. D., Buchelnikov S. V., Drobosyuk M. Theoretical treatment and direct measurements of magnetocaloric effect in Ni2.19−xFexMn0.81Ga Heusler alloys // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2013. 343. 6-12. DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.04.069Shen B. G., Sun J. R., Hu F. X., Zhang H. W., Cheng Z. H. Recent Progress in Exploring Magnetocaloric Materials // Advanced Materials. 2009. 21(45). 4545-4564. DOI: 10.1002/adma.200901072Shen B. G., Sun J. R., Hu F. X., Zhang H. W., Cheng Z. H. Recent Progress in Exploring Magnetocaloric Materials // Advanced Materials. 2009. 21(45). 4545-4564. DOI: 10.1002/adma.200901072Дильмиева Э. Т., Каманцев А. П., Коледов В. В., Маширов А. В., Шавров В. Г., Cwik J., Терешина И. С. Экспериментальное моделирование цикла магнитного охлаждения в сильных магнитных полях // Физика твердого тела. 2016. 58(1). 82-86.Dilmieva E. T., Kamantsev A. P., Koledov V. V., Mashirov A. V., Shavrov V. G., Cwik J., Tereshina I. S. Eksperimental'noye modelirovaniye tsikla magnitnogo okhlazhdeniya v sil'nykh magnitnykh polyakh [Experimental modeling of the magnetic cooling cycle in strong magnetic fields] // Physics of the Solid State. 2016. 58(1). 82-86.Bartlett J., Hardy G., Hepburn I. Performance of a fast response miniature Adiabatic Demagnetisation Refrigerator using a single crystal tungsten magnetoresistive heat switch // Cryogenics. 2015. 72-2(2). 111–121. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2015.10.004Bartlett J., Hardy G., Hepburn I. Performance of a fast response miniature Adiabatic Demagnetisation Refrigerator using a single crystal tungsten magnetoresistive heat switch // Cryogenics. 2015. 72-2(2). 111–121. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2015.10.004Neese B., Chu B., Lu S.-G., Wang Y., Furman E., Zhang Q. M. Large Electrocaloric Effect in Ferroelectric Polymers Near Room Temperature // Science. 2008. 321(5890). 821-823. DOI: 10.1126/science.1159655Neese B., Chu B., Lu S.-G., Wang Y., Furman E., Zhang Q. M. Large Electrocaloric Effect in Ferroelectric Polymers Near Room Temperature // Science. 2008. 321(5890). 821-823. DOI: 10.1126/science.1159655Nair B., Usui T., Crossley S., Kurdi S., Guzmán-Verri G. G., Moya X., Hirose S., Mathur N. D. Large electrocaloric effects in oxide multi-layer capacitors over a wide temperature range // Nature. 2019. 575(7783). 468-472. DOI: 10.1038/s41586-019-1634-0Nair B., Usui T., Crossley S., Kurdi S., Guzmán-Verri G. G., Moya X., Hirose S., Mathur N. D. Large electrocaloric effects in oxide multi-layer capacitors over a wide temperature range // Nature. 2019. 575(7783). 468-472. DOI: 10.1038/s41586-019-1634-0Metlov L. S., Koledov V. V., Shavrov V. G., Morozov E. V., Tekhtelev Yu. V., Taskaev S. V. Modelirovaniye elastokaloricheskikh effektov v splavakh Geyslera [Modeling of elastocaloric effects in Heusler alloys] // Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal. 2020. 5-4(2). 592-600. DOI: 10.47475/2500-0101-2020-15418Metlov L. S., Koledov V. V., Shavrov V. G., Morozov E. V., Tekhtelev Yu. V., Taskaev S. V. Modelirovaniye elastokaloricheskikh effektov v splavakh Geyslera [Modeling of elastocaloric effects in Heusler alloys] // Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal. 2020. 5-4(2). 592-600. DOI: 10.47475/2500-0101-2020-15418Vopson M. M., Fetisov Y. K., Hepburn I. Solid-State Heating Using the Multicaloric Effect in Multiferroics // Magnetochemistry. 2021. 7(12). 154. DOI: 10.3390/magnetochemistry7120154Vopson M. M., Fetisov Y. K., Hepburn I. Solid-State Heating Using the Multicaloric Effect in Multiferroics // Magnetochemistry. 2021. 7(12). 154. DOI: 10.3390/magnetochemistry7120154Lisenkov B. K., Man C.-M., Chang J., Almand J., Ponomareva I. Multicaloric effect in ferroelectric PbTiO3 from first principles // American Physical Society. 2013. 87(22). 224101. DOI: 10.1103/physrevb.87.224101Lisenkov B. K., Man C.-M., Chang J., Almand J., Ponomareva I. Multicaloric effect in ferroelectric PbTiO3 from first principles // American Physical Society. 2013. 87(22). 224101. DOI: 10.1103/physrevb.87.224101Electrocaloric Effect in PZT Thick Film for the Cooling Device Applications. Advanced Functional Materials and Devices. Eds. R. Vandana, R. Gupta, R. P. Tandon, M. Tomar, V. Gupta. Springer Proceedings in Materials (SPM, vol. 14). Springer, 2022. P. 71-79. DOI: 10.1007/978-981-16-5971-3_8Electrocaloric Effect in PZT Thick Film for the Cooling Device Applications. Advanced Functional Materials and Devices. Eds. R. Vandana, R. Gupta, R. P. Tandon, M. Tomar, V. Gupta. Springer Proceedings in Materials (SPM, vol. 14). Springer, 2022. P. 71-79. DOI: 10.1007/978-981-16-5971-3_8

The authors declare that there are no conflicts of interest present.