vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2023.5(134).807-814vestnovsu-274Research ArticleСтатьиВлияние магнитострикционной фазы на мультикалорический эффект в магнитострикционно-сегнетоэлектрическом композитеMagnetostrictive phase influence on multicaloric effect in magnetostrictive-ferroelectric compositehttps://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.ruhttps://orcid.org/0009-0008-9052-7987СаплевА. Ф.SaplevA. F.

Саплев Алексей Фёдорович – преподаватель

Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

Alexey.Saplev@novsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8704-6751ГаврушкоВ. В.GavrushkoV. V.

Гаврушко Валерий Владимирович – доктор технических наук, профессор

 Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

Valery.Gavrushko@novsu.ruНовгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоРоссияYaroslav-the-Wise Novgorod State UniversityRussian Federation20230702202405(134)807814Copyright © Петров В.М., Саплев А.Ф., Гаврушко В.В., 20242024Петров В.М., Саплев А.Ф., Гаврушко В.В.Petrov V.M., Saplev A.F., Gavrushko V.V.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/274

Изучена зависимость мультикалорического эффекта в двухслойной структуре на основе титаната бария и феррита кобальта от объемной доли  сегнетоэлектрика при использовании термодинамического подхода Ландау-Гинзбурга.  Показано, что электрокалорический эффект можно регулировать с помощью объемной доли  сегнетоэлектрика. Приложение магнитного поля  является эффективным подходом для повышения мультикалорического эффекта в  магнитострикционно-сегнетоэлектрической структуре. Выбор магнитной компоненты оптимального состава, позволяющей создать в сегнетоэлектрическом слое необходимое  механическое напряжение и обладающей магнитокалорическим эффектом в соответствующем диапазоне температур, позволит повысить мультикалорический эффект в двухслойной  структуре. 

 The ferroelectric volume fraction dependence of the multicaloric effect in a bilayer of barium titanate and cobalt ferrite was studied using the Landau-Ginzburg thermodynamic approach. It is shown that the electrocaloric effect can be controlled using the volume fraction of the ferroelectric. Magnetic field application is an effective tool to enhance the multicaloric effect in a magnetostrictive-ferroelectric structure. The choice of an optimal magnetic component which has a magnetocaloric effect in the appropriate temperature range and enables generating the necessary mechanical stress in ferroelectric layer, will increase the multicaloric effect in a bilayer. 

математическое моделированиеэлектрокалорический эффектмагнитокалорический эффектэластокалорический эффектмультиферроикmathematical modelingelectrocaloric effectmagnetocaloric effectelastocaloric effectmultiferroicИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22- 21-20119, https://rscf.ru/project/ 22-21-20119/.ReferencesDe Oliveira N. A., von Ranke P. J. Theoretical aspects of the magnetocaloric effect // Physics Reports. 2010. 489(4/5). 89-159. DOI: 10.1016/j.physrep.2009.12.006De Oliveira N. A., von Ranke P. J. Theoretical aspects of the magnetocaloric effect // Physics Reports. 2010. 489(4/5). 89-159. DOI: 10.1016/j.physrep.2009.12.006Planes A., Castán T., Saxena A. Thermodynamics of multicaloric effects in multiferroic materials: application to metamagnetic shape-memory alloys and ferrotoroidics // Philosophical Transactions of The Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences. 2016. 374(2074). 20150304. DOI: 10.1098/rsta.2015.0304Planes A., Castán T., Saxena A. Thermodynamics of multicaloric effects in multiferroic materials: application to metamagnetic shape-memory alloys and ferrotoroidics // Philosophical Transactions of The Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences. 2016. 374(2074). 20150304. DOI: 10.1098/rsta.2015.0304Hou H., Qian S., Takeuchi I. Materials, physics and systems for multicaloric cooling // Nature Reviews Materials. 2022. 7. 633-652. DOI: 10.1038/s41578-022-00428-xHou H., Qian S., Takeuchi I. Materials, physics and systems for multicaloric cooling // Nature Reviews Materials. 2022. 7. 633-652. DOI: 10.1038/s41578-022-00428-xHao J.-Z., Hu F.-X., Yu Z.-B., Shen F.-R., Zhou H.-B., Gao Y.-H., Qiao K.-M., Li J., Zhang C., Liang W.-H., Wang J., He J., Sun J.-R., Shen B.-G. Multicaloric and coupled-caloric effects // Chinese Physics B. 2020. 29(4). 047504. DOI: 10.1088/1674-1056/ab7da7Hao J.-Z., Hu F.-X., Yu Z.-B., Shen F.-R., Zhou H.-B., Gao Y.-H., Qiao K.-M., Li J., Zhang C., Liang W.-H., Wang J., He J., Sun J.-R., Shen B.-G. Multicaloric and coupled-caloric effects // Chinese Physics B. 2020. 29(4). 047504. DOI: 10.1088/1674-1056/ab7da7Vopson M. M. The multicaloric effect in multiferroic materials // Solid State Communications. 2012. 152(23). 2067-2070. DOI: 10.1016/j.ssc.2012.08.016Vopson M. M. The multicaloric effect in multiferroic materials // Solid State Communications. 2012. 152(23). 2067-2070. DOI: 10.1016/j.ssc.2012.08.016Electrocaloric Materials. Springer, Berlin, 2014. 253 p.Electrocaloric Materials. Springer, Berlin, 2014. 253 p.Старков А. С., Старков И. А. Мультикалорический эффект в твердом теле: новые аспекты // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2014. 146(2). 297-303. DOI: 10.7868/S0044451014080082Starkov A. S., Starkov I. A. Multicaloric effect in a solid: New aspects // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2014. 119(2). 258-263. DOI: 10.1134/S1063776114070097Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large ΔT using NiTi wires // Applied Physics Letters. 2012. 101(7). 073904. DOI: 10.1063/1.4746257Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large ΔT using NiTi wires // Applied Physics Letters. 2012. 101(7). 073904. DOI: 10.1063/1.4746257Bechtold C., Chluba C., Lima de Miranda R., Quandt E. High cyclic stability of the elastocaloric effect in sputtered TiNiCu shape memory films // Applied Physics Letters. 2012. 101(9). 091903. DOI: 10.1063/1.4748307Bechtold C., Chluba C., Lima de Miranda R., Quandt E. High cyclic stability of the elastocaloric effect in sputtered TiNiCu shape memory films // Applied Physics Letters. 2012. 101(9). 091903. DOI: 10.1063/1.4748307Ma˜nosa L., Jarque-Farnos S., Vives E., Planes A. Large temperature span and giant refrigerant capacity in elastocaloric Cu-Zn-Al shape memory alloys // Applied Physics Letters. 2013. 103(21). 211904. DOI: 10.1063/1.4832339Ma˜nosa L., Jarque-Farnos S., Vives E., Planes A. Large temperature span and giant refrigerant capacity in elastocaloric Cu-Zn-Al shape memory alloys // Applied Physics Letters. 2013. 103(21). 211904. DOI: 10.1063/1.4832339Lisenkov S., Mani B. K., Chang C.-M., Almand J., Ponomarev I. Multicaloric effect in ferroelectric PbTiO3 from first principles // Physical review. B, Condensed matter. 2013. B 87(22). 224101. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.224101Lisenkov S., Mani B. K., Chang C.-M., Almand J., Ponomarev I. Multicaloric effect in ferroelectric PbTiO3 from first principles // Physical review. B, Condensed matter. 2013. B 87(22). 224101. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.224101Es`kov A. V., Anokhin A. S., Pakhomov O. V., Semenov A. 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. V., Anokhin A. S., Pakhomov O. V., Semenov A. Multiferroic properties of barium strontium titanate ceramics doped with gadolinium and iron // Ferroelectrics. 2021. 574(1). 109-114. DOI: 10.1080/00150193.2021.1888054 13. Sokolovskiy R. R., Fayzullin V. D., Buchelnikov S. V., Taskaev S., Drobosyuk M., Khovaylo V. 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., Taskaev S., Drobosyuk M., Khovaylo V. 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.2013.04.069Bichurin M., Petrov V., Zakharov A., Kovalenko D., Yang S. C., Maurya D., Bedekar V., Priya S. Magnetoelectric Interactions in Lead-Based and Lead-Free Composites // Materials. 2011. 4(4). 651-702. DOI: 10.3390/ma4040651Bichurin M., Petrov V., Zakharov A., Kovalenko D., Yang S. C., Maurya D., Bedekar V., Priya S. Magnetoelectric Interactions in Lead-Based and Lead-Free Composites // Materials. 2011. 4(4). 651-702. DOI: 10.3390/ma4040651Xiao F., Fukuda T., Kakeshita T. Significant elastocaloric effect in a Fe-31.2Pd (at. %) single crystal // Applied Physics Letters. 2013. 102(16). 161914. DOI: 10.1063/1.4803168Xiao F., Fukuda T., Kakeshita T. Significant elastocaloric effect in a Fe-31.2Pd (at. %) single crystal // Applied Physics Letters. 2013. 102(16). 161914. DOI: 10.1063/1.4803168Liu Y., Infante I. C., Lou X. J., Bellaiche L., Scott J. F., Dkhil B. Giant roomtemperature elastocaloric effect in ferroelectric ultrathin films // Advanced Materials. 2014. 26(35). 6132-6137. DOI: 10.1002/adma.201401935Liu Y., Infante I. C., Lou X. J., Bellaiche L., Scott J. F., Dkhil B. Giant roomtemperature elastocaloric effect in ferroelectric ultrathin films // Advanced Materials. 2014. 26(35). 6132-6137. DOI: 10.1002/adma.201401935Liu Y., Infante I. C., Lou X. J., Bellaiche L., Scott J. F., Dkhil B. Giant roomtemperature elastocaloric effect in ferroelectric ultrathin films // Advanced Materials. 2014. 26(35). 6132-6137. DOI: 10.1002/adma.201401935

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