Vacodur49/PZT/Vacodur49 三层磁电传感器：一种具有超高灵敏度的新型磁检测平台

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Fabrication and characterization of a Vacodur49/PZT/Vacodur49 magnetoelectric sensor

本文首次报道了采用高磁致伸缩钴铁钒合金Vacodur49与压电材料PZT构建的三层磁电（ME）传感器。该传感器在共振频率（~49.2 kHz）下实现了高达361 V·cm?1·Oe?1的磁电系数，对交流磁场的检测灵敏度达到100 pT，展现了优异的线性度和快速响应，为生物医学诊断、超弱磁场检测等精密传感技术提供了新颖且高性能的材料平台。

　　

亮点

实验部分

本研究采用了由Vacuumschmelze（德国）提供的磁性材料Vacodur49。样品通过精密切割锯进行加工，以获得尺寸均匀的长条：长度为40毫米，宽度为4毫米，厚度为0.5毫米，从而确保后续实验测量的几何一致性。Vacodur49的成分为49%的铁（Fe）、49%的钴（Co）和2%的钒（V），铌（Nb）的含量极低（<1%）。由于其含量可忽略不计，Nb未明确计入标称成分中。

结果与讨论

图2展示了Vacodur49合金的X射线衍射（XRD）图谱。衍射图样显示出两个主要峰，分别位于2θ角为44.5°和64.8°的位置。这些峰具有高强度且半高宽（FWHM）较窄，表明其结晶性良好。2θ ≈ 44.5°处的强反射对应于α-Fe(Co)相的（110）晶面，而2θ ≈ 64.8°处的峰可指标为（200）晶面，这与标准卡片（JCPDS 06–0696）相符，证实了其体心立方（BCC）结构。

结论

本项工作成功制备并表征了一种Vacodur49/PZT/Vacodur49三层磁电（ME）传感器。结构分析确认了其BCC结构的α-Fe(Co)相（JCPDS 06–0696），晶粒尺寸在12-17纳米范围内。磁学测量表明其矫顽力场H_c ≈ 0.58 Oe，各向异性场约为25 Oe，显示出适用于传感器应用的磁学软特性。

所制备的器件表现出强烈的共振增强型磁电耦合效应，在约49.2 kHz的共振频率下，最大磁电（ME）系数达到361 V·cm^?1·Oe^?1（在0.047 Oe的交流磁场下）。该传感器展示了超高灵敏度，对交流磁场的最小可探测场强为100 pT，同时具备优异的线性度和快速响应能力。