Магнитодиэлектрический эффект

Магнитодиэлектрический эффект наблюдается в парамагнитных и магнитоупорядоченных материалах и является чётным по отношению к магнитному полю. Материалы, в которых одновременно сосуществуют как сегнетоэлектрические, так и ферромагнитные свойства, называются мультиферроиками. В них часто наблюдается магнитодиэлектрический эффект. Количественными характеристиками магнитодиэлектрического эффекта являются магнитоёмкость, обычно выражаемая в процентах:

${\displaystyle MD(B,H)={\frac {\Delta \epsilon (H)}{\epsilon (0)}}={\frac {\epsilon (H)-\epsilon (0)}{\epsilon (0)}}\cdot 100\,\%,}$ (1)

где ${\displaystyle \epsilon (0)}$ — диэлектрическая проницаемость в отсутствие поля, ${\displaystyle \epsilon (H)}$ — диэлектрическая проницаемость в присутствие внешнего магнитного поля ${\displaystyle H}$ и магнитоэлектрический коэффициент диэлектрических потерь ML:

${\displaystyle ML(B)={\frac {\epsilon ''(B)-\epsilon ''(0)}{\epsilon ''(0)}},}$ (2)

где ${\displaystyle \epsilon =\epsilon '-i\epsilon ''}$ — комплексная диэлектрическая проницаемость, ${\displaystyle \epsilon (B)}$ и ${\displaystyle \epsilon (0)}$ — соответственно, диэлектрические проницаемости, измеренные в переменном электрическом поле с круговой частотой ${\displaystyle \omega =2\pi f}$ и напряжённостью ${\displaystyle E}$ в присутствии или отсутствии внешнего магнитного поля напряжённостью ${\displaystyle H}$ и индукцией ${\displaystyle B}$.

Для керамического соединения ${\displaystyle {\ce {BiFeO3}}}$ во внешнем поле ${\displaystyle H=1,1\;{\text{Тл}}}$ равна ${\displaystyle {\frac {\Delta \epsilon (H)}{\epsilon (0)}}=1\;\%}$^[2]. Магнитодиэлектрический эффект (МДЭ) наблюдался также в керамическом манганите лантана-висмута ${\displaystyle {\ce {Bi_{0,5}La_{0,5}MnO3}}}$^[3], где увеличение магнитной индукции внешнего поля приводит к монотонному увеличению действительной и монотонному уменьшению или увеличению (в зависимости от частоты измерительного электрического поля) мнимой части диэлектрической проницаемости, а также в твёрдых растворах многокомпонентной системы на основе феррита висмута^[4]. Гигантский магнитодиэлектрический эффект был обнаружен в соединении ${\displaystyle {\ce {YMnO3}}}$ типа перовскита, эффект низкого поля — в гексаферрите ${\displaystyle Z}$-типа ${\displaystyle {\ce {Sr3Co2Fe24O41}}}$.

Магнитодиэлектрический эффект исследуют по зависящим от температуры диэлектрическим характеристикам вблизи температуры магнитного перехода и по виду зависимостей диэлектрической проницаемости мультиферроиков во внешнем магнитном поле^[5][6].

Наблюдаемые экспериментальные зависимости МДЭ от величины внешнего магнитного поля для образцов на основе железа показаны на рисунке.

Магнитодиэлектрический эффект объясняют для ряда материалов сочетанием магнетосопротивления и максвелл-вагнеровской поляризации, релаксационными процессами и разницей сопротивлений в зёрнах материалов (сопротивление поверхностных слоёв зёрен и сопротивление в их объёме разное).