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Erschienen in: Archive of Applied Mechanics 6/2019

30.10.2018 | SPECIAL

Coupled phase field simulations of ferroelectric and ferromagnetic layers in multiferroic heterostructures

verfasst von: Wolfgang Dornisch, David Schrade, Bai-Xiang Xu, Marc-André Keip, Ralf Müller

Erschienen in: Archive of Applied Mechanics | Ausgabe 6/2019

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Abstract

The combination of materials with either pronounced ferroelectric or ferromagnetic effect characterizes multiferroic heterostructures, whereby the different materials can be arranged in layers, columns or inclusions. The magnetization can be controlled by the application of electrical fields through a purely mechanical coupling at the interfaces between the different materials. Thus, a magneto-electric coupling effect is obtained. Within a continuum mechanics formulation, a phase field is used to describe the polarization and the magnetization in the ferroelectric and ferromagnetic layers, respectively. The coupling between polarization/magnetization and strains within the layers, in combination with the mechanical coupling at the sharp layer interfaces, yields the magneto-electric coupling within the heterostructure. The continuum formulations for both layers are discretized in order to make the differential equations amenable to a numerical solution with the finite element method. A state-of-the-art approach is used for the ferroelectric layer. The material behavior of the ferromagnetic layer is described by a continuum formulation from the literature, which is discretized using a newly proposed approach for the consistent interpolation of the magnetization vector. Four numerical examples are presented which show the applicability of the newly proposed approach for the ferromagnetic layer as well as the possibility to simulate magneto-electric coupling in multiferroic heterostructures.

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Metadaten
Titel
Coupled phase field simulations of ferroelectric and ferromagnetic layers in multiferroic heterostructures
verfasst von
Wolfgang Dornisch
David Schrade
Bai-Xiang Xu
Marc-André Keip
Ralf Müller
Publikationsdatum
30.10.2018
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Archive of Applied Mechanics / Ausgabe 6/2019
Print ISSN: 0939-1533
Elektronische ISSN: 1432-0681
DOI
https://doi.org/10.1007/s00419-018-1480-9

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