Влияние внешних статических воздействий на распространение упругих волн в пьезокристаллах
Семинар отдела оптики
| What |
|
|---|---|
| Когда |
2015-10-15 c 10:30 по 11:30 |
| Где | Акт. зал технологического корпуса |
| Имя | докладчик: Бурков Сергей Иванович (СФУ) |
| Участники |
Руководитель семинара: акад., Шабанов В.Ф. |
| Добавить событие в календарь |
vCal (Windows, Linux)
iCal (Mac OS X)
|
диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н.
по специальности 01.04.03 – Радиофизика.
Ознакомиться с полным текстом автореферата
Актуальность темы. Задачи о распространении нормальных акустических волн в анизотропных средах и волн на поверхности изотропных твёрдых тел были аналитически решены в конце XIX века и имели сугубо фундаментальный характер. Изобретение в 30-х гг. XX века пьезоэлектрических резонаторов на основе кристаллического кварца произвело своеобразную революцию в технике стабильной радиосвязи, а также в военно-технических и медицинских приложениях. Тем самым были стимулированы исследования в области поиска новых материалов и типов волн, которые были необходимы для создания таких устройств, как пьезоэлектрические преобразователи различного назначения, высокостабильные узкополосные фильтры, линии задержки, генераторы, что привело к освоению всё более высокочастотных диапазонов вплоть до СВЧ.
Развитие исследований нелинейных свойств твердых тел начиналось в 50-е годы и в значительной степени было обусловлено появлением устройств пьезотехники и акустоэлектроники. При этом наметились пути использования линейных и нелинейных эффектов в кристаллах для создания новых классов устройств и развития представлений о природе ангармонизма межатомных взаимодействий. В устройстве, функции которого определяются только линейными свойствами материала, влияние нелинейности должно быть минимальным; напротив, существуют и потребности в материалах с максимально высокими значениями нелинейных параметров для создания устройств на нелинейных взаимодействиях акустических волн между собой или с внешними полями (электрическими или механическими). В 80-е годы XX века появился целый ряд работ по исследованию влияния внешнего электрического поля на свойства объемных (ОАВ) и поверхностных (ПАВ) акустических волн в центросимметричных и пьезоэлектрических кристаллах, где, как правило, отмечалась линейная зависимость изменения фазовой скорости акустической волны от величины воздействия при условии отсутствия фазовых переходов или вдали от них.
Исследование взаимодействия упругой волны с интерфейсом двух твердых тел либо со свободной границей кристалла – основная задача в развитии устройств ультразвуковой спектроскопии и неразрушающего контроля (дефектоскопии). Данные исследования актуальны для диагностики твердого тела с микротрещинами, дефектами и деформациями вследствие внешнего воздействия. Также в настоящее время большая часть задач по обработке и формированию сигналов требует использования акустоэлектронных устройств, работающих в диапазоне частот от 1 ГГц до 20 ГГц, которые в основном реализуются на объемных акустических волнах. В частности, разработаны многочастотные составные акустические резонаторы (HBAR), состоящие из слоя пьезоэлектрика в обкладке из металлических электродов на кристаллической подложке. Составные акустические резонаторы обладают чрезвычайно высокой добротностью, но для оптимизации характеристик устройства необходим режим захвата энергии колебаний, который может нарушаться вследствие трансформации объемной волны в волны типа Лэмба при отражении от поперечных границ резонатора. Кроме того, устройства акустоэлектроники имеют, естественно, конечные размеры, и актуальной проблемой становится учет отражения и преломления упругой волны от границы кристаллической пластины либо учет интерфейса двух пьезоэлектрических сред. Таким образом, задачи отражения и преломления упругих волн в настоящее время остаются актуальными.
Исследование влияния внешнего электрического поля на характеристики фундаментальных (нулевых) мод волны Лэмба в тонких пластинах ниобата лития выполнено в работе [[i]], где отмечена сильная дисперсионная зависимость скорости волны при воздействии электрического поля. Отмечено, что влияние внешнего электрического поля на скорость акустических волн в пластинах ниобата лития существенно зависит от частоты, и для некоторых направлений распространения волн характер полевой зависимости скорости может быть изменен от линейной до квадратичной посредством изменения частоты акустической волны. Также было продемонстрировано создание перестраиваемого внешним электрическим полем высокодобротного акустического резонатора на пластине ниобата лития. Однако, все исследования влияния внешнего электрического поля на характеристики упругих волн в пьезоэлектрической пластине в основном ограничивались кристаллом ниобата лития и только нулевыми модами упругой волны, хотя потребность расширения возможностей управления параметрами акустоэлектронных устройств несомненна. Не менее актуальна в настоящее время проблема использования мод упругой волны более высокого порядка, которые зачастую обладают более высокими значениями коэффициентов электромеханической связи и более эффективным акустоэлектронным взаимодействием с внешним электрическим полем.
Целью диссертационной работы является комплексное исследование характеристик акустических волн в пьезокристаллах, в пьезоэлектрических пластинах, слоистых пьезоструктурах, подвергнутых внешнему воздействию статического электрического поля или одноосного механического напряжения.
[i]. Zaitsev B. D,KuznetsovaI. Е. Electric field influence оn acoustic waves // In “Handbook of an advanced photonic and electronic materials and devices”. Ed. bу Н.S. Nalwa. –New York: Academic Press. – 2001. – V. 4. –Ch. 4. – P. 139-174.