Enhancement of the Ferroelectric and Ferromagnetic Characteristics of Composite Multiferroics to Facilitate Broadband Electromagnetic Wave Absorption

Nhóm nghiên cứu thuộc Tổ Bộ môn Vật lý, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã công bố thành công bài báo khoa học quốc tế “Enhancement of the Ferroelectric and Ferromagnetic Characteristics of Composite Multiferroics to Facilitate Broadband Electromagnetic Wave Absorption” trên tạp chí Electronic Materials (MDPI) – tạp chí thuộc nhóm Q2 trong hệ thống xếp hạng quốc tế ISI

Abstract: Multiferroic composites of xNio.8Zno.2Fe204/(l — x)BaTiC>3 (x = 0, 0.1, 0.3, 0.5, labeled NZFO/BTO) with -100 nm particle size were synthesized via high-energy ball milling and thermal annealing. The X-ray diffraction shows a co-existence of the ferromagnetic phase of NZFO and the ferroelectric phase of BTO. Our observations indicate that saturation, remanence, and coercivity progressively increase with increasing NFO content, specifically from X = 0 to X = 0.5. At X = 0.1, the maximum electric polarization, remanent electric polarization, coercivity and electric power loss density reach their maximum values of -0.057 /íC/cm2, 0.018 /íC/cm2, 3.25 kv/cm and 0.222 m j/cm 3 , respectively, for an applied electric field less than 10 kv/cm . These multiferroic composites demonstrate excellent electromagnetic wave absorption capabilities from 2 to 18 GHz. With BTNF1 (x = 0.1) sample thickness of 2.5-3.5 mm, a minimum reflection loss of —41.51, —37, —28.72 dB corresponds to frequencies of 12.52 GHz, 11 GHz and 9.32 GHz. The effective absorption bandwidth for this sample is 11.5-16 GHz, indicating optimal impedance and attenuation matching and effective absorption of electromagnetic waves throughout the Ku bands.

These outcomes reveal the capability for wideband absorption uses in radar invisibility technology and electromagnetic insulation.

Keywords: multiferroic; electromagnetic; ferroelectric; ferromagnetic; microwave absorption

Bài báo gồm 24 trang thuộc danh mục ISI (Q2) do nhóm tác giả TS. Phạm Xuân Thảo; TS. Nguyễn Thị Sạ, TS. Lưu Thị Nhạn- giảng viên tổ bộ môn Vật lý- Đại học Công nghiệp Hà Nội và PGS. Ngô Thu Hương – Giảng viên Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội; TS. Trần Quang Đạt- Giảng viên Vật Lý- Trường Đại học Lê Quý Đôn và TS. Đào Sơn Lâm – Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đăng trên tạp chí Electronic Materials tập 6 số 4 do nhà xuất bản MDPI xuất bản ngày 24 tháng 11 năm 2025.

Sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin vô tuyến, radar, thiết bị điện tử công suất cao và công nghệ quốc phòng hiện đại đã kéo theo vấn đề ngày càng nghiêm trọng về nhiễu điện từ (electromagnetic interference – EMI) và ô nhiễm sóng điện từ. Các sóng điện từ không mong muốn không chỉ ảnh hưởng đến độ tin cậy và hiệu suất của thiết bị điện tử mà còn có thể gây tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Do đó, việc phát triển các vật liệu hấp thụ sóng điện từ hiệu quả, có khả năng hoạt động trong dải tần rộng, đặc biệt ở vùng GHz đang là một hướng nghiên cứu rất được quan tâm.

Trong số các vật liệu hấp thụ sóng điện từ, vật liệu đa sắt (multiferroics) – kết hợp đồng thời các tính chất sắt điện (ferroelectric) và sắt từ (ferromagnetic) – được đánh giá là đặc biệt tiềm năng. Sự kết hợp này cho phép khai thác đồng thời tổn hao điện môi và tổn hao từ, đồng thời tạo ra tương tác kép điện – từ (magnetoelectric coupling), giúp nâng cao hiệu quả hấp thụ sóng điện từ và mở rộng băng thông hấp thụ. Tuy nhiên, trong thực tế, rất ít vật liệu đơn pha có thể đồng thời thể hiện mạnh cả hai tính chất sắt điện và sắt từ ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, một hướng tiếp cận hiệu quả là chế tạo vật liệu composite đa sắt, trong đó các pha sắt điện và sắt từ được kết hợp một cách có kiểm soát.

Nội dung bài báo tập trung vào nghiên cứu, chế tạo và phân tích các vật liệu đa sắt composite trên nền ferroelectric BaTiO₃ kết hợp với pha ferromagnetic Ni₀.₅Zn₀.₅Fe₂O₄, nhằm tăng cường đồng thời các tính chất sắt điện và sắt từ, qua đó nâng cao khả năng hấp thụ sóng điện từ băng rộng trong dải GHz (2–18 GHz). Công trình đã làm rõ mối liên hệ giữa thành phần pha, cấu trúc vi mô, tính chất điện – từ và hiệu suất hấp thụ sóng điện từ, đồng thời chỉ ra vai trò quan trọng của tương tác ghép điện – từ (magnetoelectric coupling) và cơ chế ghép trở kháng trong việc cải thiện độ suy hao phản xạ và băng thông hấp thụ hiệu dụng.

Các kết quả được đưa ra trong Bài báo cho thấy vật liệu composite đã đạt độ hấp thụ băng thông rộng, và hiệu suất hấp thụ vượt trội so với các hệ vật liệu đơn pha hoặc composite truyền thống, mở ra tiềm năng ứng dụng trong che chắn nhiễu điện từ và hấp thụ sóng radar.

Toàn văn bài báo tải về tại đây: https://doi.org/10.3390/electronicmat6040020

Một vài hình vẽ trong bài báo