DOI:10.1038/s41598-020-77041-x

本文旨在通过铁磁共振（FMR）研究电场作用下镍铁氧体（NFO）-锆钛酸铅（PZT）同轴纳米纤维中的磁电（ME）耦合性质。采用静电纺丝法制备了以铁氧体为核，以PZT为壳的同轴纤维。通过电子显微镜和扫描探针显微镜确认了退火纤维的核-壳结构。为了研究逆ME效应，即纤维对外加电场的磁响应，利用近场扫描微波显微镜（NSMM）在5-10GHz下对单根纤维进行了FMR测量，获得了复合散射参数S11的振幅和相位随偏置磁场的变化曲线。电压-ME耦合Av由施加在纤维上的偏置电压（V=0-7V）的共振场Hr的偏移确定。NFO核/PZT壳结构的系数Av估计为-1.92 kA/Vm（-24 Oe/V）。本研究建立了纤维的逆ME效应模型，其理论估算值与实验数据非常吻合。

图1.（a）NFO核-PZT壳纤维的SEM显微照片。（b）NFO核和PZT壳的单纤维SEM图像。（c）NFO核-PZT壳退火纤维的XRD数据。

图2.（a）NFO核-PZT壳纳米线的室温磁化强度M与磁场强度H的关系。（b）在圆盘形退火纤维颗粒上测得的NFO核-PZT壳的极化强度P与电场强度E的关系。

图3.示意图显示了使用近场扫描微波显微镜在纤维上进行铁磁共振测量的设置。

图4.单根NFO核-PZT壳纤维在5.4GHz下的（a）S11振幅，（b）S11相和（c）电容的NSMM图像。

图5.（a）在外加磁场H下用于FMR测量的单根NFO核-PZT壳纤维的NSMM S11图像。黄点表示测量期间NSMM尖端的位置。纳米线总直径为800nm，NFO核直径为400nm。（b）单根NFO核-PZT壳纤维在5.4GHz下的S11幅度和相位与外加磁场H的关系。

图6.用NSMM测量NFO核-PZT壳纤维的FMR信号，（a）FMR共振场Hr与频率f的关系。（b）在5.4GHz下，当外加电压不同时，S11幅度与磁场H的关系。（c）在5.4GHz下，FMR共振场Hr与0-7V外加电压的关系。

图7.NFO核-PZT壳结构示意图。

图8.在5.4GHz下测量（正方形）和计算（直线）的共振场Hr随纳米纤维外加直流电压V的变化。

图9.电压-ME系数在理论上对核-壳纤维直径的依赖性。结果是一系列铁氧体核直径与PZT壳外径的比值。