A magnetoelectric (ME) composite is designed with a face-shear 36-mode PMN-PZT single crystal and a Metglas laminate structure to enhance the ME coupling properties and exhibit single resonance behavior over a wide-frequency range. The off resonance and resonance ME voltage coefficients of the designed-composite are high, and approximately 90% similar to those of the 32-mode. While the 32-mode has multiple resonance, the electromechanical and magnetoelectric resonance spectra of the 36-mode composite exhibit only a single resonance over a wide-frequency range from 50 to 200 kHz making it suitable for detecting specific frequency magnetic fields. In addition, it is highly sensitive, being able to detect a magnetic field down to 2 pT at resonance (103 kHz), and therefore has potential to replace conventional bulky and costly magnetic field sensors.

1.
M.
Li
,
C.
Dong
,
H.
Zhou
,
Z.
Wang
,
X.
Wang
,
X.
Liang
,
Y.
Lin
, and
N. X.
Sun
,
IEEE Sens. Lett.
1
,
2501104
(
2017
).
2.
L.
Chen
,
P.
Li
,
Y.
Wen
, and
Y.
Zhu
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
066101
(
2013
).
3.
J.
Zhai
,
Z.
Xing
,
S.
Dong
,
J.
Li
, and
D.
Viehland
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
062510
(
2006
).
4.
D.
Burdin
,
D.
Chashin
,
N.
Ekonomov
,
L.
Fetisov
,
Y.
Fetisov
, and
M.
Shamonin
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
49
,
375002
(
2016
).
5.
Z.
Chu
,
W.
Shi
,
H.
Shi
,
Q.
Chen
,
L.
Wang
,
M. J.
PourhosseiniAsl
,
C.
Xiao
,
T.
Xie
, and
S.
Dong
,
Adv. Mater. Technol.
4
,
1800484
(
2019
).
6.
H.
Palneedi
,
V.
Annapureddy
,
S.
Priya
, and
J.
Ryu
,
Actuators
5
,
9
(
2016
).
7.
V.
Annapureddy
,
S. M.
Na
,
G. T.
Hwang
,
M. G.
Kang
,
R.
Sriramdas
,
H.
Palneedi
,
W. H.
Yoon
,
B. D.
Hahn
,
J. W.
Kim
,
C. W.
Ahn
,
D. S.
Park
,
J. J.
Choi
,
D. Y.
Jeong
,
A. B.
Flatau
,
M.
Peddigari
,
S.
Priya
,
K. H.
Kim
, and
J.
Ryu
,
Energy Environ. Sci.
11
,
818
829
(
2018
).
8.
Z.
Chu
,
H.
Shi
,
W.
Shi
,
G.
Liu
,
J.
Wu
,
J.
Yang
, and
S.
Dong
,
Adv. Mater.
29
,
1606022
(
2017
).
9.
Z.
Zeng
,
L.
Gai
,
X.
Wang
,
D.
Lin
,
S.
Wang
,
H.
Luo
, and
D.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
103501
(
2017
).
10.
Y.
Zong
,
T.
Zheng
,
P.
Martins
,
S.
Lanceros-Mendez
,
Z.
Yue
, and
M. J.
Higgins
,
Nat. Commun.
8
,
1
(
2017
).
11.
A. V.
Turutin
,
J. V.
Vidal
,
I. V.
Kubasov
,
A. M.
Kislyuk
,
M. D.
Malinkovich
,
Y. N.
Parkhomenko
,
S. P.
Kobeleva
,
O. V.
Pakhomov
,
A. L.
Kholkin
, and
N. A.
Sobolev
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
262906
(
2018
).
12.
S. D.
Patil
,
K. Y.
Rajpure
, and
A. M.
Shaikh
,
J. Mater. Sci. Chem. Eng.
4
,
1
7
(
2016
).
13.
R. C.
Kambale
,
W. H.
Yoon
,
D. S.
Park
,
J. J.
Choi
,
C. W.
Ahn
,
J. W.
Kim
,
B. D.
Hahn
,
D. Y.
Jeong
,
B.
Chul Lee
,
G. S.
Chung
, and
J.
Ryu
,
J. Appl. Phys.
113
,
204108
(
2013
).
14.
J.
Ryu
,
J. E.
Kang
,
Y.
Zhou
,
S. Y.
Choi
,
W. H.
Yoon
,
D. S.
Park
,
J. J.
Choi
,
B. D.
Hahn
,
C. W.
Ahn
,
J. W.
Kim
,
Y.
Do Kim
,
S.
Priya
,
S. Y.
Lee
,
S.
Jeong
, and
D. Y.
Jeong
,
Energy Environ. Sci.
8
,
2402
2408
(
2015
).
15.
S.
Zhang
,
J.
Luo
,
W.
Hackenberger
,
N. P.
Sherlock
,
R. J.
Meyer
, and
T. R.
Shrout
,
J. Appl. Phys.
105
,
104506
(
2009
).
16.
H.
Palneedi
,
V.
Annapureddy
,
H. Y.
Lee
,
J. J.
Choi
,
S. Y.
Choi
,
S. Y.
Chung
,
S. J. L.
Kang
, and
J.
Ryu
,
J. Asian Ceram. Soc.
5
,
36
41
(
2017
).
17.
D.
Rajaram Patil
,
Y.
Chai
,
R. C.
Kambale
,
B. G.
Jeon
,
K.
Yoo
,
J.
Ryu
,
W. H.
Yoon
,
D. S.
Park
,
D. Y.
Jeong
,
S. G.
Lee
,
J.
Lee
,
J. H.
Nam
,
J. H.
Cho
,
B. I.
Kim
, and
K.
Hoon Kim
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
062909
(
2013
).
18.
D.
Rajaram Patil
,
R. C.
Kambale
,
Y.
Chai
,
W. H.
Yoon
,
D. Y.
Jeong
,
D. S.
Park
,
J. W.
Kim
,
J. J.
Choi
,
C. W.
Ahn
,
B. D.
Hahn
,
S.
Zhang
,
K.
Hoon Kim
, and
J.
Ryu
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
052907
(
2013
).
19.
S.
Zhang
,
F.
Li
,
F.
Yu
,
X.
Jiang
,
H. Y.
Lee
,
J.
Luo
, and
T. R.
Shrout
,
J. Korean Ceram. Soc.
55
,
419
439
(
2018
).
20.
P.
Berik
,
W. Y.
Chang
, and
X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
052902
(
2017
).
21.
H.
Miao
and
F.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
122902
(
2015
).
22.
S.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
X.
Xiao
,
Y.
Wu
,
S.
Rizwan
,
L.
Yang
,
P.
Li
,
J.
Wang
,
M.
Zhu
,
H.
Zhang
,
X.
Jin
, and
X.
Han
,
Sci. Rep.
4
,
3727
(
2014
).
23.
P.
Ci
,
G.
Liu
,
Z.
Chen
,
S.
Zhang
, and
S.
Dong
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
242911
(
2014
).
24.
S.
Zhang
,
F.
Li
,
W.
Jiang
,
J.
Luo
,
R. J.
Meyer
,
W.
Cao
, and
T. R.
Shrout
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
182903
(
2011
).
25.
D. R.
Patil
,
Y.
Chai
,
B. G.
Jeon
,
R. C.
Kambale
,
J.
Ryu
,
S. G.
Lee
,
J.
Lee
, and
K. H.
Kim
,
Compos. Struct.
159
,
498
504
(
2017
).
26.
S.
Zhang
,
W.
Jiang
,
R. J.
Meyer
,
F.
Li
,
J.
Luo
, and
W.
Cao
,
J. Appl. Phys.
110
,
064106
(
2011
).
27.
H.
Oh
,
H.
Joo
,
M.
Kim
, and
H.
Lee
,
J. Korean Ceram. Soc.
55
,
290
298
(
2018
).
28.
H.-Y.
Lee
,
H.-T.
Oh
, and
J.-Y.
Lee
,
J. Korean Ceram. Soc.
54
,
150
157
(
2017
).
29.
H.
Oh
,
H.
Joo
,
M.
Kim
, and
H.
Lee
,
J. Korean Ceram. Soc.
55
,
166
173
(
2018
).
30.
K. H.
Cho
and
S.
Priya
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
232904
(
2011
).
31.
M.
Djamal
and
R.
Ramli
, “Giant Magnetoresistance Sensors Based on Ferrite Material and Its Applications,” in
Magnetic Sensors – Development Trends and Applications
, edited by
A.
Asfour
(
Intech
,
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.