Электрозвуковые сдвиговые волны в щелевой структуре двух пьезоэлектриков

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты работ, в которых рассмотрены дисперсионные свойства электрозвуковых волн в щелевой структуре двух пьезоэлектриков. В частности, показано, что при наличии разности скоростей сдвиговых волн в пьезоэлектриках отсутствуют чисто симметричные и антисимметричные моды, а коэффициенты граничной локализации сдвиговой волны будут значительно отличаться. Установлено, что при определенном равном уровне потерь и усиления (PT-симметричная структура) двух одинаковых пьезоэлектриков класса симметрии 6 происходит пересечение симметричной и антисимметричной мод. Точка пересечения определяет особую точку PT-симметричной структуры. Учет неодинакового уровня потерь и усиления в пьезоэлектриках приводит в спектре сдвиговых волн либо к пересечению, либо к касанию, либо к сближению двух мод в точке их вырождения (особой точке). Как и в случае чисто PT-симметричной структуры, частотная зависимость амплитуды в исключительной точке квази PT-симметричной структуры (при достаточно небольшой разнице в уровнях потерь и усиления) обладает очень узким пиком, что открывает возможность создания сверхчувствительных датчиков на их основе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Вилков

Фрязинский филиал института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: e-vilkov@yandex.ru
Россия, пл. Введенского, 1, Фрязино, Московская обл.

С. А. Никитов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: e-vilkov@yandex.ru

Лаборатория «Метаматериалы» Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского

Россия, ул. Моховая, 11, стр. 7, Москва, 125009; Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701; ул. Большая Казачья, 112а, корп. 8, Саратов, 410012

Список литературы

  1. Miao H., Li F. // Ultrasonics. 2021. V. 114. Article No. 106355.
  2. Xua D., Caia F., Chena M. et al. // Ultrasonics. 2019. V. 93. P. 18.
  3. Peng X., He W., Xin F. et al. // Ultrasonics. 2020. V. 108. Article No. 106205.
  4. Zeng L., Zhang J., Liu Y. et al. // Ultrasonics. 2019. V. 96. P. 34.
  5. Балакирев М.К., Гилинский И.А. Волны в пьезокристаллах. Новосибирск: Наука, 1982.
  6. Пустовойт В.И. // Успехи физ. наук. 1969. Т. 97. № 2. С. 257.
  7. Avetisyan A.S. Electroacoustic Waves in Piezoelectric Layered Composites. Cham: Springer, 2023.
  8. Гуляев Ю.В., Плесский В.П. // Акуст. журн. 1977. Т. 23. № 5. С. 716.
  9. Балакирев М.К., Горчаков А.В. // ФТТ. 1977. Т. 19. № 2. С. 613.
  10. Пятаков П.А. // Акуст. журн. 2001. Т. 47. № 6. С. 836.
  11. Двоешерстов М.Ю., Чередник В.И., Петров С.Г., Чириманов А.П. // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 6. С. 776.
  12. Guliy O., Zaitsev B., Teplykh A. et аl. // Sensors. 2021. V. 21. P. 1822.
  13. Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Ларионова О.С. и др. // Антибиотики и химиотерапия. 2021. V. 66. № 1–2. С. 12.
  14. Borodina I.A., Zaitsev B.D., Burygin G.L., Guliy O.I. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2018. V. 268. P. 217.
  15. Borodina I.A., Zaitsev B.D., Teplykh A.A. // Ultrasonics. 2018. V. 82. P. 39.
  16. Inone М., Moritake H., Toda К., Yoshino К. // Japan. J. Appl. Phys. 2000. V. 39. Pt. 1. № 9B. P. 5632.
  17. Rico A.J., Martin S.J. // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 50. № 21. P. 1474.
  18. Kondoh J., Saito K., Shiokawa S., Suzuki H. // Japan. J. Appl. Phys. 1996. V. 35. Pt. 1. № 5B. P. 3093.
  19. Aнисимкин В.И., Анисимкин И.В. // РЭ. 2000. Т. 45. № 7. С. 293.
  20. Aфанасьев М.С., Вилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Чучева Г.В. // РЭ. 2024. Т. 69. № 4. С. 394.
  21. Li X.F., Yang J.S. // Sensors and Actuators. 2006. V. 132A. № 2. P. 472.
  22. Yang J.S. // Mathematics and Mechanics of Solids. 2006. V. 11. № 5. P. 451.
  23. Bender C.M., Boettcher S. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. № 24. P. 5243.
  24. El-Ganainy R., Makris K.G., Christodoulides D.N., Musslimani Z.H. // Opt. Lett. 2007. V. 32. № 17. P. 2632.
  25. Зябловский А.А., Виноградов А.П., Пухов А.А. и др. // Успехи физ. наук. 2014. Т. 184. № 11. С. 1177.
  26. Schindler J., Lin Z., Lee J.M. et al. // J. Phys. A: Math. Theor. 2012. V. 45. P. 444029.
  27. Deymier P. Acoustic Metamaterials and Phononic Crystals. Berlin: Springer, 2013.
  28. Galda A., Vinokur V.M. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. № 2. P. 020408.
  29. Liu H., Sun D., Zhang C. et al. // Science Advanced. 2019. V. 5. № 11. Article No. eaax9144.
  30. Miri M.-A., Alù A. // Science. 2019. V. 363. № 6422. Article No. aar7709.
  31. Doronin I.V., Zyablovsky A.A., Andrianov E.S. et al. // Phys. Rev. A. 2019. V. 100. № 2. P. 021801(R).
  32. Wang X.-G., Guo G.-H., Berakdar L. // Nature Commun. 2020. V. 11. Article No. 5663.
  33. Guo A., Salamo G.J., Duchesne D. et al. // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103. № 9. P. 093902.
  34. Yang Y., Jia H., Bi. Y. et al. // Phys. Rev. Appl. 2019. V. 12. № 3. P. 034040.
  35. Bилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Темная О.С. и др. // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48. № 24. С. 38.
  36. Vilkov E.A., Byshevski-Konopko O.A., Kalyabin D.V., Nikitov S.A. // J. Phys. Cond. Matter. 2023. V. 35. № 43. P. 435001.
  37. Bилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Калябин Д.В., Никитов С.А. // Акуст. журн. 2024. № 5. С. 663.
  38. Соснин А.С., Струков Б.А. Введение в сегнетоэлектричество. М.: Высш. шк., 1970.
  39. Акустические кристаллы: Справочник / Под ред. М. П. Шаскольской. М.: Наука, 1982.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема задачи; A – антисимметричная мода, S – симметричная мода.

Скачать (84KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектр мод щелевых электрозвуковых волн для двух одинаковых пьезокристаллов класса 4mm (BaTiO3), h = 10–5 см. Кривая 1 – антисимметричная мода, кривая 2 – симметричная мода.

Скачать (78KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дисперсионные спектры коэффициентов локализации антисимметричной моды щелевых электрозвуковых волн в первом (1) и втором (2) кристаллах при = 1.01 и = 1 (верхняя штриховая кривая A – антисимметричная мода, нижняя штриховая кривая S – симметричная мода). h = 10–6 см.

Скачать (79KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дисперсионные спектры коэффициентов локализации щелевых электрозвуковых волн в первом (1 – BaTiO3) и втором (2 – РbTiO3) кристаллах. h = 10–6 см. На вставке показан фрагмент спектра в области малых значений волнового вектора.

Скачать (85KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектр мод щелевых электрозвуковых волн (одинаковые пьезокристаллы класса 6). При учете усиления и затухания. h = 10–6 см, K 2 = 0.25, = 0.025, ε = 8. Цифрами обозначены спектры симметричной (S) и антисимметричной мод (A) для различных уровней ослабления и усиления: 1 (S, A) –αk= 10–6, 2 (S, A) – αk= 9.62.10–5, 3 (S, A) - αk = 10–3, 4 (S, A) - αk = 10–1. Значение волнового числа, отмеченное зеленым треугольником, соответствует волновому числу, которое определяет особую точку для αk= 9.62.10–5.

Скачать (120KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость амплитуды электрического потенциала симметричной моды при y = 0 (середина зазора) от частоты для αk = 9.62.10–5.

Скачать (68KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Спектр мод электроакустических волн для двух идентичных пьезокристаллов класса 4mm: BaTiO3 (а) и Ba2Si2TiO8 (б), разделенных зазором h = 10–5 cм. Арабские цифры указывают спектры «симметричной» (утолщенная кривая) и «антисимметричной» мод (тонкая кривая) для различных уровней ослабления и усиления: 1 – ; 2 – 10–4, ; 3 – 10–3, . Тонкие штриховые прямые I и II представляют собой линейные спектры электроакустической волны на металлизированной: s = kK 2 и неметаллизированной: s = k(K 2 )/(1 + ε) границах пьезоэлектрического кристалла (см. рис. 2).

Скачать (251KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Логарифмическая зависимость разности амплитуд электрического потенциала Ф0 в зазоре при y = ±h от величины .

Скачать (79KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Профиль модуля полного потенциала для двух мод (кривая 1 – симметричная мода, кривая 2 – антисимметричная мода), когда . Расчетные параметры соответствуют рис. 7б. а – k = 24500 см–1, б – k = 38761 см–1, в – k = 49200 см–1.

Скачать (104KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Профиль модуля полного потенциала для двух мод ((кривая 1 – симметричная мода, кривая 2 – антисимметричная мода)), когда . Расчетные параметры соответствуют рис. 7б. а – k = 24500 см–1, б – k = 38761 см–1, в – k = 49200 см–1.

Скачать (119KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025