范文一：GMM,PZT和弹性基板复合磁电耦合效应研究

ＧＭＭ，ＰＺＴ和弹性基板复合

磁电耦合效应研究

卞雷祥，文玉梅，李平，程磊，刘盼刚

（重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆４０００４４）

摘要：将超磁致伸缩材料（ＧＭＭ）、压电材料（ＰＺＴ－５Ｈ）复合于弹性基板上，利用共振原理构造了一种新型的磁电换能器。当激励磁场的频率等于或者接近于弹性基板的固有频率时，ＧＭＭ将驱动弹性基板振动并发生共振，粘结于基板上的压电材料的输出电压将达到极大。实验研究表明，该器件的磁电耦舍电压曲线呈现多个峰值，在８０００ｅ偏置磁场和１Ｏｅ交变磁场激励下，谐振点处的磁电耦合电压系数这到１．５５２Ｖ／Ｏｅ。

关键词：磁电耦合效应；磁致伸缩材料；压电材料

。

中图分类号：０４８２；０４８７文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２００７）０７／０８－００４３－０２

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ＭａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＥｆｆｅｃｔｏｆＧＭＭａｎｄＰＺＴ

ＢｏｎｄｅｄｏｎａｎＥｌａｓｔｉｃ

Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ

ＢＩＡＮＬｅｉ—ｘｉａｎｇ，ＷＥＮＹｕ－ｍｅｉ，ＬＩＰｉｎｇ，ＣＨＥＮＧＬｅｉ，ＬＩＵＰａｎ－ｇａｎｇ

（ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒａｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，

ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４。Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｅ（ＭＥ）ｅｆｆｅｃｔｏｆｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ（ＧＭＭ，Ｔｂｌ一。ＤｙｘＦｅ２一，）ａｎｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｍａｔｅｒｉａｌ（Ｐｂ（Ｚｒｔ…Ｔｉ）＠，ＰＺＴ－５Ｈ）ｂｏｎｄｅｄ

ｏｎ

ａｎ

ｅｌａｓｔｉｃｓｕｂｓｔｒａｔｅ

ｗａｓｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｄｅｖｉｃｅｔａｋｅｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｒｅｓｏｎａｎｃｅ．Ｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ

ｒｅｓｏｎａｎｃｅ

ｏｃ－

ｃｕｒｓ

ｗｈｅｎｔｈｅＧＭＭｐｌａｔｅｏｓｃｉｌｌａｔｅｓ

ａｔ

ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ

ｎｅａｒ

ｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ，

ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ

ａ

ｍｕｃｈｇｒｅａｔｅｒｒｅｓｐｏｎｓｅ

ｔｏ

ｆｉｎｉｔｅＡＣｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｈｐｕｔ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｅｘｈｉｂｉｔｓ

ａｎ

ａｔ’

ｔｒａｃｔｉｖｅａｎｄｐｒｏｍｉｓｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｈａｔｉｘｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏＡＣｍａｇｎｅｔｉｃ｛ｌｅｉｄｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｍｕｌｔｉｐｌｅ

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ｔｏ

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ＭＥｖｏｌｔａｇｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｃｈｉｅｖｅｓ１．５５２Ｖ／Ｏｅ

ａｔ

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ｎｅｔｉｅｆｉｅｌｄ１Ｏｅｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄｗｉｔｈａ

ｂｉａｓｆｉｅｌｄ８００Ｏｅ．

Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｍｅｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＭＥ）ｅｆｆｅｃｔ；ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ｝ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌ

ｌ引言

黎勰粱鬻糯黧震警：掣磊

稀土超磁致伸缩材料（ＧＭＭ），如Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ

和压电材料层状复合结构相对于颗粒磁电复合结构磁致伸缩系数达１．８×１０１以上，机械响应速度快、

和单相磁电材料具有较高的磁电耦合系数，近年来

收藕日期：２００７４）４４）２

基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（８６３项目）（２００６ＡＡ０４２３３７），国家自然科学基金资助项目（６０３７４０４５，５０６７７０７２）｝国家教育部博士点基金资助项目（２００６０６１１０２９）；重庆市科委自然科学基金计划资助项目

化～。。。‘砌…蕊如。锄，／ＪｕＩｙ～Ａｕｇｕｓｔ微纳电子技术２００７年第７／８期

万　

方数据２００７●ｌ：莎

成为研究的热点口…。研究提高磁电耦合系数将进

一步扩展磁电复合材料的应用范围，很多研究者通

加直流偏置磁场，调整两环形磁铁距离改变偏置磁场大小，磁场大小由高斯计测量。长直螺线管用于产生交变激励磁场。新型器件样品受激励部分

（ＧＭＭ）置于长直线圈中心，磁场方向沿着ＧＭＭ

过研究提高材料性能来提高磁电耦合系数，但如何进一步提高磁电耦台系数仍然是一个挑战。本文从换能器结构设计着手，提出将ＧＭＭ和ＰＺＴ复合于弹性基板上，利用共振原理进一步增强磁电耦合效

应。

长度方向。在测量过程中通过改变ＡＣ信号发生器的频率来研究磁电耦合系数与交变磁场频率的关系。

在８００Ｏｅ偏置磁场和峰值为１Ｏｅ交变磁场激励下，测得在１～５０ｋＨｚ频率范围内磁电耦合电压随频率变化关系如图２所示。由图２可看出磁电响

２换能器原理

开路情况下，压电材料的输出电压与应变成正

比，直接层合结构磁电耦合效应经历磁一机一电的转换过程，如果该过程中产生的应变得到放大或者能

应特性呈现多个峰值，表１给出了各谐振点处的频率值和输出峰值电压。弹性基板在ＧＭＭ材料激

励下将发生弯曲振动和纵向振动，但低频下的谐振峰主要由弯曲振动引起。在两端自由的边界条件

量得到聚集，那么磁电耦合系数将得到有效提高。一种增强应变的方法是使材料在谐振频率处发生谐

振，在谐振频率处应变的放大因子正比于材料的品质因数口Ｊ。由于ＧＭＭ和ＰＺＴ材料的品质因数（Ｑ

下，弹性基板的弯曲谐振频率见式（１）。

值）都较低，它们直接层合结构的Ｑ值也较低，仅为几十到一百［４］。因此，本文提出采用高Ｑ值的铍青

铜材料作为弹性基板，提高了复合后结构的整体Ｑ

值，在共振时应变放大因子更大。

将ＧＭＭ和ＰＺＴ复合于铍青铜弹性基板上得到的器件结构如图１所示。该器件沿着长度方向和宽度方向几何对称，并在长度方向中心线处固定。ＧＭＭ材料沿着长度方向磁化，ＰＺＴ材料沿着厚度方向极化，ＧＭＭ和ＰｚＴ尺寸分别为１２．０

６．０ＩＴｌｌＴＩ×１．０

ｒｎｒｎｘ

１．０

ｏ．５

０

ｌＯ

２０

３０

４０

５０

ｍｍ和１２．０

ｒｆｆｆｌ＿１×６．０ｍｅｎｘ０．８

８．０

ｍｍ。铍青铜弹性基板的尺寸为９２．０ｍｍｘ

图２输出磁电电压的频谱特性

ｍｍ×０．５ｍｍ。由于铍青铜弹性基板的尺寸远大于

ＧＭＭ材料的尺寸，整个结构可以看作一个受迫振动系统。ＧＭＭ在周期性交变磁场作用下发生周期

性应变，该应变施加于铍青铜弹性基板驱动基板发生振动，当外界磁场的频率和弹性基板的固有频率相等或者相差较小时，基板的振幅将达到极大。此

表１各谐振点处的最大输出电压、品质因数和优化

负载条件下的输出功率

谐振点

ａ

ｂ６．９９７１．３６１ｔ３５３８

Ｃ

ｄ

ｅ

ｆ

谐振频率，ｒ／ｋ№３，６９５磁电电压Ｖ坤／Ｖ３ｄＢ带宽△，／Ｈｚ

０，８７２７５２８

１１．３７５１．５５２２６４３８

１６．７３２２２．８２７２９．２４６１．５４９吼５９８吼８１０４９３４１

１４７１５５

２８５１０３

时粘接于弹性基板上的压电材料接收到的应力将达到极大，因此压电材料的电输出达到极大。

品质因数瓯

＾２悉皤

图１

ＧＭＭ／镀青铜／ＰＺＴ直接层舍结构

（１）

式中：ｄ和ｆ为弹性基板的厚度和长度；ｃ为基板材料的声速；席＝”＋ｔ／２。由于弹性基板在中点处固

定，即中点被强制为波节点，故ｎ只能取偶数。铍青铜材料声速为４０２８ｍ／ｓ，带人计算得到在ｎ＝２，４，

３实验结果及分析

实验使一对环形超强磁铁钕铁硼（ＮｄＦｅＢ）来施微纳电子技术２００７年第ｚ／８期

…，１８时的谐振频率分别为０．６７４，Ｚ１８５，４．５５９，７．７９６，

１１．８９６，１６．８５９，２２．６８６，２９．３７５和３６．９２８ｋＨｚ。

（下转第５５页ｌ

２００７

万方数据　

。名ｍ，一。‰‰～死＾。。幻∥Ｊｕｌｙ～Ａｕｇｕｓｔ

ｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｎ＇Ｄｄｅｎｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．Ｃｉｒｃｕｉｔ

１３（１０）：１－４．

ｔｈｅｏｒｙａｎｄｄｅｉｇｎ，１９８９．５（８）：３０４－３０８．

ｒ８］ＣＨＥＮＧＪ．ＪＩＡＮＧＪ

ａｍｐｌｉｔｉｅｒｍｏｄｅｌ—

Ｆ。ＣＡＩＱ

Ｙ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆ

ａ

［５］ＴＯＵＭＡＺＯＵＣ，ＭＡＫＲＩＳ

ｂｇｆｏｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄ

ＣＡ

Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ

ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｍａｄｅｂｙ６０ｒｉｍＧａｔｅ－Ｌｅｎｇｔｈ

ｓａｍｐｌｅｄｄａｔａａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｉｒｃ－ｕｉｔ，ｄｅ－

ＭＯＳＦＥＴｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ－ＮＡＮＯ，２００２，２６（８）ｌ

作者简介：

２０９－２１２．

ｖｉｃｅｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥ．１９９０．５（１０）ｌ３３３－３３９．

［６］

ＳＡＷＩＧＵＮＣ，ＭＡＨＡＴＴＡＮＡＫＵＬＪ．ＡｒｏｖＥ－ｃｌａｓｓＡＢ

ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔｏｒ

孙旭（ｔ９８２一），女，辽宁东沟人，硕士，主要从事集成电路方面的设计研究Ｉ

事哲英（１９骆一）．男．哈尔滨人．教授，从事软件无线电及集成电路设计、ＳＯＣ、生物医学测量技术等方面的教学与科研Ｉ

扭文矗（１９５岳一），男，北京人，蹦教授，从事集成电路、ＳＯＰＣ等方面的教学与科研。

ｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈｑ蒯ＣＭＯＳｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍ－

ｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥ，１９９８，５（１０）ｌ

ｐｌｉｆｉｅｒＥＪ］．Ｃｉｒｃｕｉｔｔ

３４３－３４６．

［７］ＢＡＲＣＬＡＹＭＣＬＤ．ＷＯＯＤＪ．Ａ叫∞Ｂｕｃｒｏｍｏｄｅｌｆｏｒｏｐｅｒａ－

ｔｉｏｎａｌｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ

ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥｅｏｌｌｏｑｕｉｔｍａ，１９９４，

（上接第４４页ｌ

由于ＧＭＭ材料和压电材料对弹性基板振动

分析表明，在１：－－５０ｋＨｚ频率范围内响应的峰值主

的影响，计算得到的理论值与实际测得的谐振频率稍有差异，但与表１对比不难看出，谐振点ａ～ｆ分别

对应于＂＝６，８，１０，１２，１４，１６的振动模态。由于ｎ＝

要由弯曲振动模态引起，且随着谐振点频率的增加，

谐振频率处Ｑ值呈现减小的趋势。参考文献：

［１］ＲＹＵＪ，ＣＡＲＡＺＯ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎ

ＡＶ，ＵＣＨＩＮＯＫ，ｅｔ

２，４的振动模态下的振动较弱或者条件的影响，没有观测到该模态下的磁电耦合电压。ｎ≥１８的振动模态，由于其谐振频率处振动波的１／４倍波长接近于或者小于ＧＭＭ和压电材料的长度，基板振动受ＧＭＭ材料和压电材料的影响较大，仅能观察到很小峰值或者不能观察到峰值。实验测试了各个谐振频率处有效Ｑ值，如表１所示。Ｑ值由公式Ｑ＝，ｆ／Ａｆ计算得到，其中ｆ和△，为实际测得的谐振频率和３

ｄＢ带宽。从表１可以看出随着振动模态阶次ｎ的增加有效品质因数总体上呈现减小的趋势，这是由

ａ１．Ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｅ

ｐｉｅａｍｅｌｅｃｔｒｉｅａｎｄｍａｇｎｅｔｏｄｓｔｒｉｅｔｌｖｅｌａｍｉｎａｔｅ∞Ｉｎ－

ＡｐｐｌＰｈｙｓ．２００１，４０；４９４８－４９５１．

ｐｏｓｉｔｅｓ口］＿ＪｐｎＪ［２］ＤＯＮＧ

ＳＸ，ＬＩ

ＪＦ，ＶＩＥＨＬＡＮＤｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｍａｇ－

ｎｅｔｏｅｌｅｅｔｒｉｅｌａｍｉｎａｔｅｅｏｍｏｃｍｉｔｅｓｏｐｅｒａｔｅｄｉｎｌｏｐ垣ｉｔｕｄｉｎａｂｔｔａｎｓ—

ｖｅｌ．ｆｌｅ

ａｎｄｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ－ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ

ｍｏｄｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

Ａｐｐｌｉｅｄ

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［３３

ＯＲ

ＳＷ，ＮＥＲＳＥＳＳＩＡＮＮ，ＣＡＲＭＡＮＧＰ．Ｄｍｌｍｇｃｍａ＿ｇｎｅ－

Ｔｅｒｆｅｎｏｌ—Ｄ／ｅｐｏｘｙ１～３ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ

ｏｉｌ

ｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ

ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ

（１）：７１－７７．

ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＭａｇｎｅｔｉｃｓ．２００４。４０

［４］ＤＯＮＧＳｘ，ＣＨＥＮＧＪＲ，ｕＪＦ，ｅｔ丑ＬＥｎｈａｎｃｅｄｍ日ｇ耻ｂｏｅ－

ｌｅｃｔｆｉｃｅｆｆｅｃｔｓｉｎＬａｍｉｎａｔｅｐｏｓｉｔｅｓｏｆ

于随着频率的增加，谐振点处的１／４倍波长逐渐趋

近于ＧＭＭ和压电材料的长度，基板振动受到ＧＭＭ和压电材料的牵制变大，能量损耗增加的缘故。

Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ／Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）

Ｌｅｔｔｅｒｓ．２００３ｔ８３

岛ｕｎｄｅｒｒｅｓｏｎａｎｔ“ｖｏ］＿ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ

（２３）：４８１２—４８１４＿

ｒ５］ＳＨＥＲＲＩＴ＆Ｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌ／ａｃｔｕａｔｏｒｎｅｅｄｓｉｎｅｘｔｒｅｍｅｅｎｖｉ一

４结论

本文将超磁致伸缩材料ＧＭＭ和压电材料ＰＺＴ复合于弹性基板上得到的磁电换能器，磁电响

∞ｎｒｒ吼ｔｓ

作者简介：

ｉｎ

ｓｐａｃｅ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆ

ｔｈｅ

ｓＰ厄Ｓａｒａｎ

Ｓｔｒｕｃ－

ｔｕ娲Ｃｏｎｆｅｒｅｎ他ＳａｎＤｉｅｇｏ．ＣＡ．２００５ｉ

３３５－３４６．

卞■祥（１９８５一），男，江苏宿迁人，博士研究生，目前主要从事传感器技术、传感嚣自供能技术等方面的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｘｂｉａｎ＠

１６３．ｔｏｍ．

应具有多响应峰值和较大的磁电耦合电压及Ｑ值。

垅——。ｋ‰ｍ玩如。也孵／ＪｕＩｙ～Ａｕｇｕｓｌ

２００７●Ｉ§》

徽纳电子技术２００７

ｇ７／８瓣１

万方数据　

GMM,PZT和弹性基板复合磁电耦合效应研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

卞雷祥， 文玉梅， 李平， 程磊， 刘盼刚， BIAN Lei-xiang， WEN Yu-mei， LI Ping， CHENG Lei， LIU Pan-gang

重庆大学,光电技术及系统教育部重点实验室,重庆,400044微纳电子技术

MICRONANOELECTRONIC TECHNOLOGY2007,44(7)1次

参考文献(5条)

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本文读者也读过(9条)

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8. 沈建兴. 李传山. 董金美. 张雷. 武红霞. SHEN Jian-xing. LI Chuan-shan. DONG Jin-mei. Zhang Lei. Wu Hong-xia 缓冲层对PMS-PNN-PZT压电厚膜材料性能的影响[期刊论文]-电子元件与材料2007,26(7)

9. 林州. 赵宏锦. 任天令. 刘理天. 左如忠. 李龙土 流延硅基PZT厚膜工艺研究[期刊论文]-压电与声光2001,23(6)

引证文献(1条)

1. 张亚非. 李平. 文玉梅. 陈蕾 Terfenol-D/PZT和弹性基板阵列换能器的磁电效应研究[期刊论文]-传感技术学报2009(9)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wndzjs200707015.aspx

范文二：磁电耦合读书报告

2016-04-17

这周阅读并学习了何旭师兄发来的几篇关于磁电耦合（magnetoelectric coupling）的文献，其中2012年发表在J. Phys.: Condens. Matter中的文献综述J. Phys.: Condens. Matter 24，333201，2012对磁电耦合有一个比较详细的介绍：

现将文献中介绍的几种有磁电耦合的结构整理如下：

1、一些多铁性材料：比如TbMnO3、Ni3V2O6、TbMn2O5、YMn2O5等；

2、在两种或者几种多铁材料组成的异质结构中，界面效应使得体系的电极化率受外加磁场影响、磁矩受外加电场影响，也就是体系中存在磁电耦合，用公式表达如下：

此篇文献综述中主要介绍的是在一些异质结构中实测到的、外加电场对体系磁性的影响，例如在Fe3O4/PZN-PT中的测试结果如下图所示：

一般来说，会导致磁电耦合的界面效应包括以下三种：应力、交换偏置（exchange bias）和电荷转移。而实验上测得的或者通过第一原理计算预测的有磁电耦合的异质结构如下表所示：

从上表中可以看出，在实验中测得的、常温就有磁电耦合效应的体系中，常用的铁磁性材料包括：La0.67Sr0.33MnO3、La0.67Ca0.33MnO3、Pr0.6Ca0.4MnO3、Fe、Ni、Fe3O4、CoFe2O4，常用的铁电性材料包括：BaTiO3、BiFeO3、PMN-PT、PZN-PT、PZT。

另外，文献中还介绍了除了多层薄膜结构以外的另一种有磁电耦合的微观结构：nanopillar，可以理解为纳米柱，也即用光刻法或掩模版法在衬底上生长直径在纳米尺度的、均匀排列的铁磁/铁电材料构成的异质结纳米柱。例如，在ACS Nano 10, 1025，2016中，首先在STO衬底上均匀生长了20nm的SRO，然后生长了BFO/CFO/SRO结构的纳米柱，如下图所示：

纳米柱的直径为70nm，间距是110nm。上述纳米结构的电镜表征结果如下图所示：

文章中测试了面内方向的外加磁场对于电极化的影响，如下图所示：

另外，很多文献中报道了在类似的纳米柱结构中观测到比较明显的磁电耦合效应，例如BaTiO3/CoFe2O4(Science 303, 661,2004)、PbTiO3/CoFe2O4 (Appl. Phys.Lett. 87, 072909, 2005)、BiFeO3/NiFe2O4(Appl. Phys. Lett. 89, 172902, 2006)、BiFeO3/Fe3O4(Appl. Phys. Lett. 97, 153121,2010)等。

范文三：基于磁电耦合效应实现第四种基本电路元件与非易失信息存储器|进展

电阻、电容和电感是人们熟知的三种基本电路元件，分别由四个基本电路变量（电压v、电流i、电荷q、磁通φ）两两之间的线性关系来定义。1971年，美国加州大学Leon Chua提出，基于对称性考虑应该存在第四种基本电路元件，由电荷和磁通之间的关系来定义。由于当时没有找到符合这种定义的真实器件，Leon Chua通过关系变换，基于非线性电流-电压关系定义了一种新的器件—忆阻器（memristor），并把它当作第四种基本电路元件。在随后近40年里，忆阻器的概念并没有引起人们太多的注意。直到2008年，美国惠普实验室在Nature上发表文章宣称找到了缺失多年的忆阻器，从而激发了人们对忆阻器的关注，掀起了忆阻器及相关功能器件的研究热潮。虽然忆阻器具有重要的应用前景，但是，它并不是真正的第四种基本电路元件，因为忆阻器是基于非线性电流-电压的关系来定义的，不满足第四种基本元件的原始定义，即直接由电荷-磁通的关系来定义。因此，把忆阻器作为第四种基本电路元件，一直受到争议与质疑。

近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）孙阳研究员、尚大山副研究员、柴一晟副研究员等基于磁电耦合效应实现了满足原始物理定义的真正的第四种基本电路元件。磁电耦合效应是指磁场改变电极化强度或者电场改变磁化强度的物理现象。他们通过理论推导和实验检验，发现基于一个由磁电耦合介质和金属电极构成的简单三明治结构，可以建立起电荷与磁通之间的直接转换关系，从而严格满足第四种基本电路元件的物理定义。他们把这种基于磁电耦合效应的第四种基本电路元件命名为电耦器（transtor），其相应的非线性记忆元件命名为忆耦器（memtranstor），并给出了电耦器和忆耦器的电路响应特征。随着电耦器和忆耦器的引入，可以建立起一张基本电路元件的完整关系图，包括四个线性基本元件（电阻器、电容器、电感器、电耦器）和四个非线性记忆元件（忆阻器、忆容器、忆感器、忆耦器）。这一工作从基本电路元件的角度重新审视了磁电耦合效应，不仅澄清了一个基础科学问题，也为磁电耦合效应的应用开辟了新的空间。相关研究成果以Rapid Communication形式发表在Chin. Phys. B 24, 068402 (2015)，并入选了2015年度研究亮点（Highlights of 2015）。

与忆阻器类似，作为第四种非线性记忆元件的忆耦器在开发新一代信息功能器件方面具有巨大的潜力。孙阳研究组首先基于忆耦器实现了一种全新的非易失信息存储器。存储器可以分为易失性（volatile）和非易失性（nonvolatile）两大类。目前，计算机内存采用的动态和静态随机存储器（DRAM和SRAM）都属于易失性，在断电时存储的信息立即丢失, 因此需要持续的电源供应以维持存储的信息。非易失存储器不仅在无电源供应时依然可以保持存储的数据，而且可以极大地降低功耗，是未来信息存储技术发展的必然趋势。基于不同的存储介质和工作原理，人们已经提出了多种非易失随机存储器, 如磁性存储器（MRAM）、铁电存储器（FeRAM）、阻变存储器（ReRAM）、相变存储器（PCRAM）、多铁性存储器（MeRAM）等。这些已知的非易失存储器都是分别利用三个物理量之一来存储二进制信息，即磁化强度（M）或电极化强度（P）的方向，或者电阻（R）的高低。孙阳研究员、柴一晟副研究员和尚大山副研究员等开创性地提出一种新的存储原理，采用另一种物理量—电耦（T）或者等效于磁电耦合系数（α）—来有效地存储二进制信息。利用忆耦器表现出的蝴蝶曲线非线性磁电耦合效应，可以把磁电耦合系数的正与负分别定义为二进制信息1和0，通过施加脉冲电压使得磁电耦合系数在正负之间转变，从而实现非易失信息存储。为了验证这一新型存储原理的可行性，博士生申见昕与丛君状等制备了一个基于PMN-PT/Terfenol-D多铁性异质结的忆耦器，利用其室温下的大磁电耦合效应，成功演示了可重复擦写的非易失信息存储。

基于忆耦器的新型存储器采用电写磁读，具有高速度、低功耗、并行读取、结构简单、易于制备、可选择的材料广泛等优点。通过进一步优化材料选择和结构设计，忆耦器有望成为下一代通用型非易失存储器，具有巨大的应用前景。以上研究成果作为Letter发表于美国物理学会Physical Review Applied 6, 021001 (2016)，并申请了一项PCT国际发明专利。

该工作获得了国家自然科学基金、科技部和中国科学院项目的支持。

文章链接：http://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.6.021001

http://cpb.iphy.ac.cn/EN/Y2015/V24/I6/68402

图1. 第四种基本电路元件的结构示意图。

图2. 基本电路元件的完整关系图。

图3. 基于忆耦器的非易失存储器工作原理示意图。

来源：中科院物理所官网

范文四：耦合效应

耦合效应（Coupling?Induction），也称互动效应，联动效应

在群体心理学中，人们把群体中两个或以上的个体通过相互作用而彼此影响从而联合起来产生增力的现象，称之为耦合效应，也称之为互动效应，或联动效应。事实上，磨合效应也是一种耦合效应，只是一种比较特殊的形式罢了。

这种耦合效应比比皆是。例如战国时期，有一次楚庄王打了胜仗，在宫中欢宴百官，以示庆贺。天黑时分，忽然刮进一陈疾风，将蜡烛吹灭，宫中顿时漆黑一片。慌乱中，庄王最宠爱的妃子觉得有人扯了自己的衣袖。经过一番挣扎，她拨下了那人头上的帽缨，气急败坏地跑到庄王面前哭诉。庄王听后没有追查失礼者，而是要大家都拨掉帽缨，然后才吩咐点上蜡烛，尽欢而散。三年后，晋国进犯楚境。庄王率军迎战，发现有一位军官总是奋不顾身、冲锋在前。在他的带领下，士兵们个个勇猛冲杀，把晋军打得节节败退。庄王颇感奇怪，再三追问。那位将军才说：“三年前，臣下酒醉失礼，大王宽容而不加罪，我一直想用自己的生命来报答大王的恩典。虽肝脑涂地，也在所不惜。”庄王的宽容，引发了将军以死相报的行动。诗经有言“投我以瓜，报之以琼瑶”，古人云“来而不往非礼也”?等，说的都是人际耦合而产生的效应。

在学习中，这种耦合效应更加明显。一个耦合良好的班级，就可能互动所有学生产生团结、向上、善学、积极奋进的品质；如果耦合不佳，就会相互扯皮、拆台，就会拖坏一班学生。平时，我们也都有这方面的体会，一个家庭父母如果都乐于学习，那么这个孩子也就不可能不乐于学习。在图书馆、在教室大家都在认真学习，后进门的人也不会大吵大闹，而是认真地学习。

[编辑]耦合效应的产生

那么，为什么会产生人际上、学习上的耦合效应呢？经研究，一般认为有如下几个原因：

一是耦合的联动作用。在一个群体中，个体之间是有耦合的，耦合的越紧密，联动的作用就越大。学习的本质也是一种互动，这种互动包括人际互动、社会互动，也包括自我互动即内部的我与自己对话。这种互动，很重要的是班级耦合的结果，没有这种班级耦合，互动就会发生困难，学习也不可能进步。可见，耦合效应的产生与耦合的联动作用分不开的。

二是耦合的情感作用。一般来说，人际间只要有耦合就会作出情感上的反应。心理学家李雷从几千份人际关系的研究报告中，归纳出了人际耦合的八种情感反应：即由一方发出的管理、指挥、指导、劝告、教育等态度和行为，会导致另一方的尊敬、服从；由一方发出的同意、合作、友好等态度和行为，会导致另一方的协助、温和；由一方发出的帮助、支持、同情等态度与行为，会导致另一方的信任、接受；由一方发出的尊敬、信任、赞扬、求援等态度和行为，会导致另一方的劝导、帮助；由一方发出的害羞、礼貌、服从等态度和行为，会导致另一方的骄傲、控制；由一方发出的反抗、怀疑等态度和行为，会导致另一方的惩罚、拒绝；由一方发出的攻击、惩罚等态度和行为，会导致另一方的敌对、反抗；由一方发出的激烈、拒绝、夸大等态度和行为，会导致另一方的不信任、自卑。在人际互动中可能按此八种模式进行反应，也可能按此外的其他模式进行反应，但有一点从中可见，人际耦合的反应是情感因素左右的。赋之于积极的得到的将是积极的反应。这是不是过去我们讲的“近朱者赤，近墨者黑”呢？可见，耦合效应是情感因素作用的结果

范文五：日发现有磁电效应新物质

日发现有磁电效应新物质

OvERSEASSIGH1sEE|K

夕阳更是毫不吝啬地把自己最美的余光交付给

这个小岛,波光粼粼的海面上,偶有海鸟飞

过.夜幕来临时,蜈支洲岛远处渔火闪烁,岛

上的情侣观景房,咖啡屋,酒吧都掩映在夜色

中,灯光摇曳,如同绽放出的爱情之火.

蜈支洲岛的每一个角落都释放出万种风

情.离海滩不算远的林带边缘有好多竹子和芭

蕉叶搭建的度假小屋,小屋的名字也很浪漫:

情侣观景房.在小屋住下来,观海,赏月,听

涛,或者到小屋前的椰林中走走,呼吸着清新

的海风,聆听着小乌的呢喃,也别有一种风

味.蜈支洲岛上还有一个神秘的洞,洞是天然

的,有好多传说.洞有多长,多深,一般游客

说不清,岛上的说法也不一.要是敢冒险的情

侣,夜晚举着两支特大号手电筒进洞探探,绝

对刺激

味美价廉的海鲜小吃

来到蜈支洲岛如果不潜水会有一个小小的

遗憾,而来到蜈支洲岛如果不尝尝这里的海

鲜,则会后悔莫及.黄昏时分,小岛上的海鲜

烧烤大餐也准备就绪.天然条木制的桌上摆的

是龙虾,对虾,蟹,红鱼,马鲛鱼,鱿鱼,海

海参,海螺等各式海鲜,铁炉架上烤着新 鲤,

鲜的玉米棒,甘蔗条.各种香味弥漫天空.蜈

支洲岛上的钓鱼环境目前是三亚最大最好的,

在东面海域,聚集着大量的鱼群,如海鲤,金

鳞鱼,笛鲷,雀鲷,石斑鱼等等.你也可以去

海钓,把钓回的鱼请人烧烤,也可以自己动手

加工,在这里品尝海鲜才能让你真正明白什么

叫”鲜”.除了鲜活的海鲜,蜈支洲岛最值得

一

尝的美食是岛上独有的灵芝蟹,它是一种长

年嗜食岛上盛产的灵芝草而生长在石缝里的螃

蟹.与普通蟹不同的是,灵芝蟹的膏体呈黑

色,像是泥土的混合物,初入口有一股略为苦

涩的中药味,片刻后,口感却极为甘美.

纯静的夜晚,我安坐在海盗吧,享受着从

海上吹来的清爽的风,听着海风吹着椰林的

“哗哗”声,美美地喝着椰清酒,突然间有些

恍惚,仿佛一切都在梦中.?

目

质.该新物质具有非常罕见

磁电效应.通常在极低的温

度下才能达到这种性质转换.

具体是:大阪大学以常见的

超导材料铜氧化物为研究对

象,发现其中的一种物质在

零下43摄氏度的环境下即能

产生磁性质和电性质的相互

转换,而这一温度比此前已

知具备磁电效应物质的转换

温度高约200摄氏度.

为此,研究人员计划,将

来使新发现的磁电效应物质

在室温下就可发挥性能.如

能很好地控制该物质的磁和

电状态,可望将其应用于磁

传感器或者制造更大容量的

硬盘.(一丁)

目一专家发明了一种具抗菌设计和功能的计算机矽树脂键盘,供全

英医院,以降低病菌在医院扩散的机会.

这种矽树脂键盘由英国伦敦大学学

院医院的专家研发,其抗菌的窍门在于

减低了清洁键盘工作的难度.例如,键

盘有隐藏的感应器,确保键盘表面已用

酒精湿巾抹净;配备每3,12小时自动运

作的闪灯,提醒大家清洁时间已到;平

坦的表面不容细菌躲藏;用低敏感性物

料制造的键盘盖以抵抗细菌生长.新型

键盘每12小时清洁一次,其细菌水平可

以降低70%.(一凡)

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