मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

अपने सबसे सामान्य रूप में, मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (एमई) किसी सामग्री के चुंबकीय और विद्युत गुणों के बीच किसी भी युग्मन को दर्शाता है।इस तरह के प्रभाव का पहला उदाहरण विल्हेम रॉन्टगन द्वारा 1888 में वर्णित किया गया था, जिन्होंने पाया कि एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से गतिमान एक ढांकता हुआ पदार्थ चुम्बकित हो जाएगा।एक सामग्री जहां इस तरह के युग्मन आंतरिक रूप से मौजूद होते हैं उन्हें मैग्नेटोइलेक्ट्रिक कहा जाता है।

ऐतिहासिक रूप से, इस आशय का पहला और सबसे अधिक अध्ययन किया गया उदाहरण रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। गणितीय रूप से, जबकि विद्युत संवेदनशीलता $\chi ^{e}$ और चुंबकीय संवेदनशीलता $\chi ^{v}$ विद्युत, सम्मान के लिए विद्युत और चुंबकीय ध्रुवीकरण प्रतिक्रियाओं का वर्णन करें। एक चुंबकीय क्षेत्र, वहाँ भी एक magnetoelectric संवेदनशीलता की संभावना है $\alpha _{ij}$ जो चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत ध्रुवीकरण की रैखिक प्रतिक्रिया का वर्णन करता है, और इसके विपरीत::$P_{i}=\sum _{j}\epsilon _{0}\chi _{ij}^{e}E_{j}+\sum _{j}\alpha _{ij}H_{j}$

$\mu _{0}M_{i}=\sum _{j}\mu _{0}\chi _{ij}^{v}H_{j}+\sum _{j}\alpha _{ij}E_{j},$

टेंसर $\alpha$ दोनों समीकरणों में समान होना चाहिए। यहाँ, P विद्युत ध्रुवीकरण है, M चुंबकत्व है, E और H विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र हैं।

की एसआई इकाई $\alpha$ है ${\frac {s}{m}}$ (सेकंड प्रति मीटर) जिसे व्यावहारिक इकाई में बदला जा सकता है ${\frac {V}{cm~Oe}}$ द्वारा:

$\alpha \left[{\frac {s}{m}}\right]=\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}\cdot {\frac {4\pi }{1000}}{\frac {Oe}{A/m}}\cdot 100~{\frac {cm}{m}}\cdot \alpha \left[{\frac {V}{cm~Oe}}\right]=1.113\cdot 10^{-11}\varepsilon _{r}\cdot \alpha \left[{\frac {V}{cm~Oe}}\right]$ सीजीएस इकाई के लिए (गाऊसी इकाइयों को मानते हुए # तर्कसंगत इकाई सिस्टम इकाइयां):

$\alpha \left[unitless\right]=c\cdot \alpha \left[{\frac {s}{m}}\right]/(4\pi )=2.386\cdot 10^{7}\alpha \left[{\frac {s}{m}}\right]$ कहाँ $c=2.998\cdot 10^{8}~m/s$ निर्वात में प्रकाश की गति है।

पहली सामग्री जहां एक आंतरिक रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई थी और प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी₂O₃.यह एकल-चरण सामग्री है। मल्टीफ़ाइरिक्स एकल-चरण सामग्री का एक और उदाहरण है जो एक सामान्य मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित कर सकता है अगर उनके चुंबकीय और विद्युत आदेश युग्मित हैं। समग्र सामग्री मैग्नेटोइलेक्ट्रिक्स का एहसास करने का एक और तरीका है। वहां, एक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव और एक piezoelectric सामग्री को संयोजित करने का विचार है। ये दो सामग्रियां तनाव से परस्पर क्रिया करती हैं, जिससे यौगिक सामग्री के चुंबकीय और विद्युत गुणों के बीच युग्मन होता है।

ME प्रभाव के कुछ आशाजनक अनुप्रयोग चुंबकीय क्षेत्र, उन्नत तर्क उपकरणों और ट्यून करने योग्य माइक्रोवेव फिल्टर की संवेदनशील पहचान हैं।

इतिहास

मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला उदाहरण विल्हेम रॉन्टगन द्वारा 1888 में चर्चा की गई थी, जिन्होंने दिखाया था कि एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से चलने वाली एक ढांकता हुआ सामग्री चुंबकित हो जाएगी।पी. क्यूरी द्वारा एक (गैर-चलती) सामग्री में एक आंतरिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की संभावना का अनुमान लगाया गया था 1894 में, जबकि मैग्नेटोइलेक्ट्रिक शब्द पी। डेबी द्वारा गढ़ा गया था 1926 में। रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का एक गणितीय सूत्रीकरण सैद्धांतिक भौतिकी पर एलडी लांडौ और ई. लाइफशिट्ज की प्रसिद्ध पुस्तक श्रृंखला में शामिल किया गया था।केवल 1959 में I. Dzyaloshinskii,एक सुरुचिपूर्ण समरूपता तर्क का उपयोग करते हुए, Cr में एक रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक कपलिंग के रूप को प्राप्त करें₂O₃. प्रायोगिक पुष्टि कुछ महीने बाद हुई जब पहली बार डी. एस्ट्रोव द्वारा प्रभाव देखा गया।सामान्य उत्तेजना जो रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की माप के बाद MEIPIC (क्रिस्टल में मैग्नेटोइलेक्ट्रिक इंटरेक्शन फेनोमेना) सम्मेलनों की श्रृंखला के संगठन की ओर ले जाती है। I. Dzialoshinskii और MEIPIC प्रथम संस्करण (1973) की भविष्यवाणी के बीच, 80 से अधिक रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक यौगिक पाए गए। हाल ही में, बहुलौह सामग्री के आगमन से बड़े हिस्से में संचालित तकनीकी और सैद्धांतिक प्रगति, इन अध्ययनों का पुनर्जागरण शुरू कियाऔर मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की अभी भी गहन जांच की जा रही है।

घटना विज्ञान

यदि चुंबकीय और विद्युत गुणों के बीच युग्मन विश्लेषणात्मक है, तो विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में विद्युत श्रृंखला के रूप में थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा के विस्तार से मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का वर्णन किया जा सकता है। $E$ और $H$::${\begin{aligned}F(E,H)&=F_{0}-P_{i}^{s}E_{i}-\mu _{0}M_{i}^{s}H_{i}-{\frac {1}{2}}\epsilon _{0}\chi _{ij}^{e}E_{i}E_{j}-{\frac {1}{2}}\mu _{0}\chi _{ij}^{v}H_{i}H_{j}\\&\qquad -\alpha _{ij}E_{i}H_{j}-{\frac {1}{2}}\beta _{ijk}E_{i}H_{j}H_{k}-{\frac {1}{2}}\gamma _{ijk}H_{i}E_{j}E_{k}+\ldots \end{aligned}}$ मुक्त ऊर्जा को विभेदित करने से विद्युत ध्रुवीकरण होगा $P_{i}=-{\frac {\partial F}{\partial E_{i}}}$ और चुंबकीयकरण $M_{i}=-{\frac {1}{\mu _{0}}}{\frac {\partial F}{\partial H_{i}}}$. यहाँ, $P^{s}$ और $M^{s}$ स्थिर ध्रुवीकरण हैं, सम्मान। सामग्री का चुंबकीयकरण, जबकि $\chi ^{e}$ और $\chi ^{v}$ बिजली हैं, सम्मान। चुंबकीय संवेदनशीलता। टेंसर $\alpha$ रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का वर्णन करता है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा रैखिक रूप से प्रेरित विद्युत ध्रुवीकरण से मेल खाता है, और इसके विपरीत। गुणांक के साथ उच्च पद $\beta$ और $\gamma$ द्विघात प्रभाव का वर्णन करें। उदाहरण के लिए, टेंसर $\gamma$ एक रेखीय मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का वर्णन करता है, जो बदले में, एक विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित होता है।

उपरोक्त विस्तार में दिखाई देने वाली संभावित शर्तें सामग्री की समरूपता से विवश हैं। सबसे विशेष रूप से, टेंसर $\alpha$ समय-उलट समरूपता के तहत एंटीसिमेट्रिक होना चाहिए।इसलिए, रैखिक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव केवल तभी हो सकता है जब समय-उलट समरूपता स्पष्ट रूप से टूट जाती है, उदाहरण के लिए रॉन्टगेंस के उदाहरण में स्पष्ट गति से, या सामग्री में आंतरिक चुंबकीय क्रम से। इसके विपरीत, टेंसर $\beta$ समय-उलट सममित सामग्री में गैर-गायब हो सकता है।

सूक्ष्म मूल

ऐसे कई तरीके हैं जिनमें एक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव एक सामग्री में सूक्ष्म रूप से उत्पन्न हो सकता है।

एकल-आयन अनिसोट्रॉपी

क्रिस्टल में, स्पिन-ऑर्बिट युग्मन एकल-आयन मैग्नेटोक्रिस्टलाइन अनिसोट्रॉपी के लिए जिम्मेदार होता है जो स्पिन के उन्मुखीकरण के लिए अधिमान्य अक्षों को निर्धारित करता है (जैसे कि आसान अक्ष)। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र चुंबकीय आयनों द्वारा देखी गई स्थानीय समरूपता को बदल सकता है और अनिसोट्रॉपी की ताकत और आसान अक्षों की दिशा दोनों को प्रभावित कर सकता है। इस प्रकार, एकल-आयन अनिसोट्रॉपी चुंबकीय रूप से आदेशित यौगिकों के स्पिन के लिए बाहरी विद्युत क्षेत्र को जोड़ सकता है।

सममित एक्सचेंज सख्त

ठोस पदार्थों में संक्रमण धातु आयनों के स्पिन के बीच मुख्य बातचीत आमतौर पर superexchange द्वारा प्रदान की जाती है, जिसे सिमेट्रिक एक्सचेंज भी कहा जाता है। यह अन्योन्य क्रिया क्रिस्टल संरचना के विवरण पर निर्भर करती है जैसे कि चुंबकीय आयनों के बीच बंधन की लंबाई और चुंबकीय और लिगेंड आयनों के बीच बंधनों द्वारा गठित कोण। चुंबकीय इंसुलेटर में यह आमतौर पर चुंबकीय क्रम के लिए मुख्य तंत्र है, और, कक्षीय व्यवसायों और बंधन कोणों के आधार पर, फेरो- या एंटीफेरोमैग्नेटिक इंटरैक्शन का कारण बन सकता है। जैसा कि सममित विनिमय की ताकत आयनों की सापेक्ष स्थिति पर निर्भर करती है, यह स्पिन ओरिएंटेशन को जाली संरचना से जोड़ती है। एक शुद्ध विद्युत द्विध्रुव के साथ एक सामूहिक विरूपण के लिए स्पिन का युग्मन हो सकता है यदि चुंबकीय क्रम व्युत्क्रम समरूपता को तोड़ता है। इस प्रकार, सममित विनिमय बाहरी विद्युत क्षेत्र के माध्यम से चुंबकीय गुणों को नियंत्रित करने के लिए एक संभाल प्रदान कर सकता है।

तनाव संचालित मैग्नेटोइलेक्ट्रिक हेटरोस्ट्रक्चर प्रभाव

चूंकि सामग्री विद्युत ध्रुवीकरण (पीजोइलेक्ट्रिक्स, इलेक्ट्रोस्ट्रिक्टिव्स, और फेरोइलेक्ट्रिक्स) के लिए युगल तनाव और चुंबकीयकरण (मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव / मैग्नेटोइलास्टिक प्रभाव / फेरोमैग्नेटिक सामग्री) के लिए युगल तनाव मौजूद है, इसलिए इन सामग्रियों के कंपोजिट बनाकर अप्रत्यक्ष रूप से युगल चुंबकीय और विद्युत गुणों को संभव है। कसकर बंधे होते हैं ताकि उपभेद एक से दूसरे में स्थानांतरित हो जाएं। पतली फिल्म रणनीति एक मैग्नेटोलेस्टिक प्रभाव और एक पीजोइलेक्ट्रिक घटक से युक्त हेटरोस्ट्रक्चर में एक यांत्रिक चैनल के माध्यम से इंटरफेसियल मल्टीफ़ाइरोइक युग्मन की उपलब्धि को सक्षम करती है।इस प्रकार की हेटरोस्ट्रक्चर एक पीजोइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट पर उगाई गई एक एपिटैक्सियल मैग्नेटोलेस्टिक पतली फिल्म से बना है। इस प्रणाली के लिए, एक चुंबकीय क्षेत्र के अनुप्रयोग से मैग्नेटोलेस्टिक प्रभाव फिल्म के आयाम में बदलाव आएगा। यह प्रक्रिया, जिसे मैग्नेटोस्ट्रिक्शन कहा जाता है, मैग्नेटोइलास्टिक फिल्म में अवशिष्ट तनाव की स्थिति को बदल देगी, जिसे इंटरफ़ेस के माध्यम से पीजोइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट में स्थानांतरित किया जा सकता है। नतीजतन, पीजोइलेक्ट्रिक प्रक्रिया के माध्यम से सब्सट्रेट में एक ध्रुवीकरण पेश किया जाता है।

समग्र प्रभाव यह है कि फेरोइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट के ध्रुवीकरण को चुंबकीय क्षेत्र के एक अनुप्रयोग द्वारा हेरफेर किया जाता है, जो वांछित मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है (रिवर्स भी संभव है)। इस मामले में, मैग्नेटोइलेक्ट्रिक कपलिंग को महसूस करते हुए, इंटरफ़ेस एक घटक से दूसरे घटक की प्रतिक्रियाओं की मध्यस्थता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।एक कुशल युग्मन के लिए, इष्टतम तनाव स्थिति वाला एक उच्च-गुणवत्ता वाला इंटरफ़ेस वांछित है। इस रुचि के आलोक में, इस प्रकार की पतली फिल्म हेटरोस्ट्रक्चर को संश्लेषित करने के लिए उन्नत जमाव तकनीकों को लागू किया गया है। पीजोइलेक्ट्रिक और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव घटकों से युक्त संरचनाओं को जमा करने में सक्षम होने के लिए आणविक बीम एपिटॉक्सी का प्रदर्शन किया गया है। अध्ययन की गई सामग्री प्रणालियों में कोबाल्ट फेराइट, मैग्नेटाइट, SrTiO3, BaTiO3, PMNT शामिल हैं।

फ्लेक्सोमैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

चुंबकीय रूप से संचालित फेरोइलेक्ट्रिकिटी भी अमानवीय के कारण होती हैमैग्नेटोइलेक्ट्रिक इंटरैक्शन। यह प्रभाव अमानवीय क्रम के मापदंडों के बीच युग्मन के कारण प्रकट होता है। इसे फ्लेक्सोमैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी कहा जाता था। आमतौर पर यह लिफ़्शिट्ज इनवेरिएंट (यानी सिंगल-कॉन्स्टेंट कपलिंग टर्म) का उपयोग करके वर्णन कर रहा है। यह दिखाया गया था कि क्यूबिक क्यूबिक क्रिस्टल सिस्टम #hexoctahedral_link क्रिस्टल के सामान्य मामले में चार परिघटना संबंधी स्थिरांक दृष्टिकोण सही है। फ्लेक्सोमैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव सर्पिल मल्टीफ़ाइरिक्स में दिखाई देता है या डोमेन दीवार (चुंबकत्व) जैसी सूक्ष्म चुंबकीय संरचनाएं और चुंबकीय भंवर। सूक्ष्म चुंबकीय संरचना से विकसित फेरोइलेक्ट्रिसिटी किसी भी चुंबकीय सामग्री में सेंट्रोसिमेट्रिक एक में भी दिखाई दे सकती है। डोमेन दीवारों के समरूपता वर्गीकरण के निर्माण से किसी भी चुंबकीय डोमेन दीवार की मात्रा में विद्युत ध्रुवीकरण रोटेशन के प्रकार का निर्धारण होता है। मौजूदा समरूपता वर्गीकरणउनकी मात्रा में विद्युत ध्रुवीकरण स्थानिक वितरण की भविष्यवाणी के लिए चुंबकीय डोमेन की दीवारों को लागू किया गया था।लगभग सभी समरूपता समूहों के लिए भविष्यवाणियां फेनोमेनोलॉजी के अनुरूप होती हैं जिसमें सजातीय चुंबकीयकरण जोड़े सजातीय ध्रुवीकरण के साथ होते हैं। समरूपता और फेनोमेनोलॉजी (कण भौतिकी) सिद्धांत के बीच कुल तालमेल प्रकट होता है यदि विद्युत ध्रुवीकरण स्थानिक डेरिवेटिव के साथ ऊर्जा शर्तों को ध्यान में रखा जाता है।

यह भी देखें

• पीजोइलेक्ट्रिसिटी
• मल्टीफ़ाइरिक्स
• एक्सचेंज इंटरेक्शन