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Design of magnetoelectric multiferroic heterostructures by topology optimization

机译：基于拓扑优化的磁电多铁异质结构设计

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Composite BaTiO_3-CoFe_2O_4 nanostructures deposited on a SrTiO_3 substrate are known to produce the magnetoelectric coupling effect. Although the coupling efficiency is significantly influenced by the composite layout, there appears no systematic simulation approach for configuring optimal layouts. In this study, a formulation to find optimal heterostructures using the topology optimization method is developed. For the formulation, the macroscopic extrinsic magnetoelectric coupling factor is maximized while numerical calculation is performed by finite element analysis. The proposed method yields an optimal piezoelectric and piezomagnetic material distribution. Numerical simulations are used to explain why the optimized distribution indeed maximizes the magnetoelectric coupling effect. As an application of the developed method, a magnetic read head sensor using the magnetoelectric effect is also designed.
机译：已知沉积在SrTiO_3衬底上的复合BaTiO_3-CoFe_2O_4纳米结构会产生磁电耦合效应。尽管耦合效率受复合布局的影响很大，但似乎没有系统的模拟方法来配置最佳布局。在这项研究中，开发了使用拓扑优化方法找到最佳异质结构的公式。对于该公式，宏观外部磁电耦合系数最大，而通过有限元分析进行数值计算。所提出的方法产生了最佳的压电和压电材料分布。数值模拟被用来解释为什么优化的分布确实使磁电耦合效应最大化。作为开发方法的一种应用，还设计了一种利用磁电效应的磁读头传感器。

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