Sci. Rep.：通過鐵磁共振研究核-殼多鐵納米纖維的逆磁電效應

DOI:10.1038/s41598-020-77041-x

本文旨在通過鐵磁共振（FMR）研究電場作用下鎳鐵氧體（NFO）-鋯鈦酸鉛（PZT）同軸納米纖維中的磁電（ME）耦合性質。采用靜電紡絲法制備了以鐵氧體為核，以PZT為殼的同軸纖維。通過電子顯微鏡和掃描探針顯微鏡確認了退火纖維的核-殼結構。為了研究逆ME效應，即纖維對外加電場的磁響應，利用近場掃描微波顯微鏡（NSMM）在5-10GHz下對單根纖維進行了FMR測量，獲得了復合散射參數S11的振幅和相位隨偏置磁場的變化曲線。電壓-ME耦合Av由施加在纖維上的偏置電壓（V=0-7V）的共振場Hr的偏移確定。NFO核/PZT殼結構的系數Av估計為-1.92 kA/Vm（-24 Oe/V）。本研究建立了纖維的逆ME效應模型，其理論估算值與實驗數據非常吻合。

圖1.（a）NFO核-PZT殼纖維的SEM顯微照片。（b）NFO核和PZT殼的單纖維SEM圖像。（c）NFO核-PZT殼退火纖維的XRD數據。

圖2.（a）NFO核-PZT殼納米線的室溫磁化強度M與磁場強度H的關系。（b）在圓盤形退火纖維顆粒上測得的NFO核-PZT殼的極化強度P與電場強度E的關系。

圖3.示意圖顯示了使用近場掃描微波顯微鏡在纖維上進行鐵磁共振測量的設置。

圖4.單根NFO核-PZT殼纖維在5.4GHz下的（a）S11振幅，（b）S11相和（c）電容的NSMM圖像。

圖5.（a）在外加磁場H下用于FMR測量的單根NFO核-PZT殼纖維的NSMM S11圖像。黃點表示測量期間NSMM尖端的位置。納米線總直徑為800nm，NFO核直徑為400nm。（b）單根NFO核-PZT殼纖維在5.4GHz下的S11幅度和相位與外加磁場H的關系。

圖6.用NSMM測量NFO核-PZT殼纖維的FMR信號，（a）FMR共振場Hr與頻率f的關系。（b）在5.4GHz下，當外加電壓不同時，S11幅度與磁場H的關系。（c）在5.4GHz下，FMR共振場Hr與0-7V外加電壓的關系。

圖7.NFO核-PZT殼結構示意圖。

圖8.在5.4GHz下測量（正方形）和計算（直線）的共振場Hr隨納米纖維外加直流電壓V的變化。

圖9.電壓-ME系數在理論上對核-殼纖維直徑的依賴性。結果是一系列鐵氧體核直徑與PZT殼外徑的比值。