报告题目：磁弹电耦合效应与新原理弱磁传感器

报告人：罗豪甦 研究员

单位：中国科学院上海硅酸盐研究所

时间：2025年11月18日（星期二）14:30-16:30

地点：知新楼C座C1111

邀请人：王春明

摘要：弛豫铁电单晶PMNT具有超高的压电性能（d₃₃~2000pC/N, k₃₃~92%），利用弛豫铁电单晶研制的磁电复合材料显示出超高的磁弹电耦合效应，例如多层并联的Terfeno-D/PMNT磁电复合材料、多重推拉结构Metglas/PMNT磁电复合材料，以及串联结构Metglas/Mn-PMNT磁电复合材料，准静态和谐振态下的磁电耦合系数分别达到67.2 V/Oe×cm和6490 V/Oe×cm，使得磁电型弱磁传感器在磁场激励下具有非常高的磁电响应。利用介电性能调控后的Mn-PMNT单晶（tanδ=0.3%降至0.05%），可以大幅降低磁电敏感元的电学噪声，从而大幅提高磁电敏感元在探测磁异常信号时的信噪比，Metglas/Mn-PMNT磁电敏感元的噪声等效磁场（NEB）能够小于0.8pT×Hz^-1/2@1Hz，谐振态达到fT量级。

异质结磁电复合材料结合专用低噪声前置电荷放大电路，可以封装制备出超高磁探性能的磁电型磁场传感器，其噪声等效磁场小于0.8pT/Hz^1/2@1Hz，0.2pT/Hz^1/2@100Hz，4.3fT/Hz^1/2@fr（~16.5kHz），并且功耗仅为20mW，探测灵敏度和功耗都大幅超过了禁运的Mag-13型磁通门传感器。通过对磁电型弱磁传感器系统分析，建立了磁电型弱磁传感器的系统传递函数物理模型，从系统角度分析了磁电型弱磁传感器系统的零极点特性、幅频相频特性以及动态响应特性等，明确了磁电型弱磁传感器系统的频率响应、截止频率、谐振频率、动态调整时间等与磁电敏感元参数及信号读出电路参数之间的影响关系，为磁电型弱磁传感器的实际应用奠定了基础。在千岛湖和南海的应用验证中，磁电型磁场传感器表现出具有灵敏度高、频带宽、体积小、功耗低的明显优势，显示其在国民经济和国防建设中的广泛应用前景。

报告人简介：

罗豪甦研究员主要从事铁电单晶和传感器器件研究，在国际上率先用Bridgman方法生长出了大尺寸高质量PMNT单晶，证实了单晶中存在不可逆的极化偏转路径，发现了弛豫铁电单晶的多功能特性，推动了弛豫铁电单晶在新一代医用超声换能器、高性能红外探测器、高性能弱磁传感器等新一代功能器件中的应用。发表SCI论文576篇，包括Science，Adv. Mater.和Appl. Phys. Lett.等，参与撰写英文专著3本。获得荣誉包括：2005 年国家技术发明二等奖，2013年上海市自然科学一等奖，2014年全国优秀科技工作者，2021年中国电介质物理杰出贡献奖。