vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2025.3(141).506-513vestnovsu-407Research ArticleФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯCONDENSED MATTER PHYSICSИсследование магнитоэлектрического эффекта в структуре МЕТГЛАС/ЦТС в слабых магнитных поляхStudy of the magnetoelectric effect in METGLAS/PZT structures under weak magnetic fieldshttps://orcid.org/0000-0001-5044-5831МисилинВ. А.MisilinV. A.

Мисилин Василий Александрович – аспирант, инженер-исследователь

Великий Новгород

Veliky Novgorod

marsbasil@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7348-290XКузьминЕ. В.KuzminE. V.

Кузьмин Евгений Валентинович – младший научный сотрудник

Великий Новгород

Veliky Novgorod

7777744444@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-4343-5897КарповМ. М.KarpovM. M.

Карпов Михаил Михайлович – аспирант

Великий Новгород

Veliky Novgorod

s224890@std.novsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9751-116XПетровР. В.PetrovR. V.

Петров Роман Валерьевич – доктор физико-математических наук, доцент, профессор

Великий Новгород

Veliky Novgorod

roman.petrov@novsu.ruНовгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоРоссияYaroslav-the-Wise Novgorod State UniversityRussian Federation20252911202503(141)506513Copyright © Мисилин В.А., Кузьмин Е.В., Карпов М.М., Петров Р.В., 20252025Мисилин В.А., Кузьмин Е.В., Карпов М.М., Петров Р.В.Misilin V.A., Kuzmin E.V., Karpov M.M., Petrov R.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/407

Статья посвящена исследованию магнитоэлектрического эффекта в магнитострикционно-пьезоэлектрических слоистых структурах, предназначенных для использования в устройствах сбора энергии. Были проведены исследования магнитоэлектрического коэффициента для разных составов магнитоэлектрического элемента Метглас/ЦТС. Выявлен состав с максимальной характеристикой магнитоэлектрического коэффициента. В структуре АМАГ492/ЦТС-19 размером 30 х 10 х 0,5 мм на частоте около 52 кГц с 3 слоями метгласа МЭ коэффициент составил около 19 В/(см·Э). Была изучена зависимость магнитоэлектрического эффекта в подмагничивающих полях до 400 Гс. Выявлено, что у образца элемента АМАГ202/ЦТС19 максимум характеристики сдвигается от значения подмагничивающего поля в 9 Гс для одной пластины метгласа до значения 12 Гс для двух пластин и значения 28 Гс для трех пластин. Данные проведенных исследований в дальнейшем будут использованы для разработки и оптимизации устройств сбора энергии на основе мультиферроидных материалов.

The article is devoted to the study of the magnetoelectric effect in magnetostrictive–piezoelectric layered structures intended for use in energy harvesting devices. Investigations of the magnetoelectric coefficient were carried out for different compositions of the Metglas/PZT magnetoelectric element. The composition with the maximum magnetoelectric coefficient was identified. In the AMAG492/PZT-19 structure with dimensions of 30×10×0.5 mm at a frequency of about 52 kHz with three Metglas layers, the magnetoelectric coefficient reached approximately 19 V/(cm·Oe). The dependence of the magnetoelectric effect on bias magnetic fields up to 400 Oe was studied. It was revealed that in the AMAG202/PZT-19 element, the maximum response shifts from a bias magnetic field of 9 Oe for one Metglas layer to 12 Oe for two layers, and to 28 Oe for three layers. The results of the conducted research will be further used for the development and optimization of energy harvesting devices based on multiferroic materials.

магнитоэлектрический эффектмагнитострикционно-пьезоэлектрические слоистые структурыустройства сбора энергии на основе мультиферроидных материаловmagnetoelectric effectmagnetostrictive-piezoelectric layered structuresenergy harvesting devices based on multiferroic materialsИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 24-19-20045, https://rscf.ru/project/24-19-20045/).ReferencesNan C. W., Bichurin M. I., Dong Sh., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspective, status, and future directions // Journal of applied physics. 2008. 103 (3). 031101. DOI: 10.1063/1.2836410Nan C. W., Bichurin M. I., Dong Sh., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspective, status, and future directions // Journal of applied physics. 2008. 103 (3). 031101. DOI: 10.1063/1.2836410Kumar A., Newacheck S., Youssef G. Cumulative optimization of magnetoelectric composite-based wireless energy transfer // Engineering research express. 2024. 6. DOI: 10.1088/2631-8695/ad81b0Kumar A., Newacheck S., Youssef G. Cumulative optimization of magnetoelectric composite-based wireless energy transfer // Engineering research express. 2024. 6. DOI: 10.1088/2631-8695/ad81b0Liang X., Chen H., Sun N. Magnetoelectric materials and devices // APL Materials. 2021. 9 (4). 041114. DOI: 10.1063/5.0044532Liang X., Chen H., Sun N. Magnetoelectric materials and devices // APL Materials. 2021. 9 (4). 041114. DOI: 10.1063/5.0044532Babu S., Kuchipudi S., Suryanarayana S., Siddeshwar A., Bhimasankaram T. Low magnetic field magnetoelectric studies of Ni/PZT/Ni composite sensor // National conference on advances in sensors for aerospace applications (14–15 December, 2007). India, Hyderabad: Research Centre Imarat Publ., 2007. URL: https://www.researchgate.net/publication/344300082-Low-magnetic-field-magnetoelectric-studies-of-NiPZTNi-composite-sensor/references#fullTextFileContent (Accessed: 07.07.2025).Babu S., Kuchipudi S., Suryanarayana S., Siddeshwar A., Bhimasankaram T. Low magnetic field magnetoelectric studies of Ni/PZT/Ni composite sensor // National conference on advances in sensors for aerospace applications (14–15 December, 2007). India, Hyderabad: Research Centre Imarat Publ., 2007. URL: https://www.researchgate.net/publication/344300082-Low-magnetic-field-magnetoelectric-studies-of-NiPZTNi-composite-sensor/references#fullTextFileContent (Accessed: 07.07.2025).Deng Zh., Dapino M. Review of magnetostrictive vibration energy harvesters // Smart materials and structures. 2017. 26 (10). 103001. DOI: 10.1088/1361-665X/aa8347Deng Zh., Dapino M. Review of magnetostrictive vibration energy harvesters // Smart materials and structures. 2017. 26 (10). 103001. DOI: 10.1088/1361-665X/aa8347Ryu J., Priya Sh., Uchino K., Kim H.-J. Magnetoelectric effect in composites of magnetostrictive and piezoelectric materials // Journal of electroceramics. 2002. 8. 107–119. DOI: 10.1023/A:1020599728432Ryu J., Priya Sh., Uchino K., Kim H.-J. Magnetoelectric effect in composites of magnetostrictive and piezoelectric materials // Journal of electroceramics. 2002. 8. 107–119. DOI: 10.1023/A:1020599728432Bochenek D., Niemiec P., Chrobak A. Effect of chemical composition on magnetic and electrical properties of ferroelectromag-netic ceramic composites // Materials. 2021. 14. 2488.Bochenek D., Niemiec P., Chrobak A. Effect of chemical composition on magnetic and electrical properties of ferroelectromag-netic ceramic composites // Materials. 2021. 14. 2488.Bochenek D., Chrobak A., Dercz G., Niemiec P., Brzezińska D., Czaja P. The Influence of Terfenol-D content on the structure and properties of multiferroic composites obtained based on PZT-type material and Terfenol-D // Materials. 2025. 18. 235. DOI: 10.3390/ma18020235Bochenek D., Chrobak A., Dercz G., Niemiec P., Brzezińska D., Czaja P. The Influence of Terfenol-D content on the structure and properties of multiferroic composites obtained based on PZT-type material and Terfenol-D // Materials. 2025. 18. 235. DOI: 10.3390/ma18020235Li P., Wen Y., Bian L. Enhanced magnetoelectric effects in composite of piezoelectric ceramics, rare-earth iron alloys, and ultrasonic horn // Applied physics letters. 2007. 90. 022503. DOI: 10.1063/1.2431469Li P., Wen Y., Bian L. Enhanced magnetoelectric effects in composite of piezoelectric ceramics, rare-earth iron alloys, and ultrasonic horn // Applied physics letters. 2007. 90. 022503. DOI: 10.1063/1.2431469Ma Z., Ai J., Shi Y., Wang K., B Su. A superhydrophobic droplet‐based magnetoelectric hybrid system to generate electricity and collect water simultaneously // Advanced materials. 2020. 32. 2006839.Ma Z., Ai J., Shi Y., Wang K., B Su. A superhydrophobic droplet‐based magnetoelectric hybrid system to generate electricity and collect water simultaneously // Advanced materials. 2020. 32. 2006839.Prahadan S., Deshmukh P., Jha S. N., Satapathy S., Majumder S. Solar energy harvesting in magnetoelectric coupled manganese ferrite nanoparticles incorporated nanocomposite polymer films // arXiv:2211.01007. URL: https://arxiv.org/abs/2211.01007. DOI: 10.48550/arXiv.2211.01007Prahadan S., Deshmukh P., Jha S. N., Satapathy S., Majumder S. Solar energy harvesting in magnetoelectric coupled manganese ferrite nanoparticles incorporated nanocomposite polymer films // arXiv:2211.01007. URL: https://arxiv.org/abs/2211.01007. DOI: 10.48550/arXiv.2211.01007

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