Электрозвуковые поверхностные волны в кристаллах с однородной нестационарностью свойств и равномерным движением границ

Сфера приложений поверхностных акустических волн (ПАВ) простирается от сейсмологии [1,2] и ультразвуковой дефектоскопии [3] до обработки сигнальной информации [4,5] и конструирования резонансных датчиков на ПАВ [6]. ' Освоение столь широкого круга практических задач не мыслимо без надлежащего развития теории ПАВ, ведущей начало от Рэлея [7]. Теоретические аспекты физики ПАВ изложены в монографиях [3, 8−11] и многочисленных обзорах (из последних см. [12]).

Современные исследования в области ПАВ во многом предопределились потребностями интенсивно развивающихся технологий сенсорных датчиков, нашедших перспективные применения в химии, биологии, фармацевтике и медицине [13−19]. Соответственно развитие получили вопросы распространения ПАВ в условиях, когда звуко-провод нагружается газообразной или жидкой средой [20−23]. Наряду с этим продолжилась теоретическая поддержка исследований в таких направлениях, как существование поверхностных или граничных мод и специфические проявления анизотропии кристаллической среды [24−26], анализ возбуждения и детектирования ПАВ [27, 28], описание ПАВ за рамками классических моделей упругости [29, 30].

Еще одним направлением исследований в области ПАВ является учет конструктивных и топологических особенностей звукопроводов [31, 32], изменений распространения волн вследствие взаимодействий физических подсистем [33] или воздействий (электрических [34, 35], механических [31, 36] и пр.) на ПАВ-звукопроводы. Эти исследования имеют выраженную прикладную направленность и связаны с попытками разнообразить применения ПАВ, как для обработки сигнальной информации, так и в системах измерительных (сенсорных) устройств.

Диссертационная работа примыкает к указанному направлению, но по предмету исследования отличается тем, что во главу угла в ней поствлены еще мало изученные вопросы поведения ПАВ в условиях однородной нестационарности из-за движения границы, движения самой звукопроводящей среды или отдельных ее частиц, образующих самостоятельную подсистему. Примером тому является токовая плазма пьезопо-лупроводника или полупроводника, граничащего с пьезоэлектриком.

В первых работах [37−41] акустоэлектронное взаимодействие в условиях токового дрейфа носителей заряда изучалось для рэллеевских ПАВ. Из-за определяющей роли решеточной подсистемы в их формировании оно мало отличалось от случая объемных акустических волн. Большее разнообразие по особенностям проявления акустоэлек-тронного взаимодействия при дрейфе носителей заряда предоставляют ПАВ ГуляеваБлюштейна [42, 43]. Причина в том, что в формировании электрозвуковых ПАВ наряду с решеткой не меньшую роль играют электрические поля и, соответственно, проявляемая при их посредстве реакция плазмы носителей заряда, напрямую сказывающаяся на структуре волн.

Экспериментальное изучение эффектов акустоэлектронпого взаимодействия для электрозвуковых волн [44−46] вылилось в создание специальных линий задержки [47] с более эффективным усилением по сравнению с рэлеевскими волнами. В диссертации проявления токовой нестационарности проводящей (полупроводниковой) среды при распространении ПАВ Гуляева — Блюштейна обсуждаются для структур «пьезоэлек-трик — полупроводник», когда акустический контакт модифицирует классическую ПАВ Гуляева — Блюштейна в электрозвуковую волну типа Стоунли [48]. Для ее существования необходимы малые отличия материалов по механическим свойствам. Несоблюдение этого требования приводит к излучению объемных сдвиговых волн от границы в одну из сред, вследствие чего граничная электрозвуковая волна становится затухающей. Потери на указанное излучение можно скомпенсировать акустоэлектронным усилением в результате сверхзвукового дрейфа носителей заряда в полупроводнике. В итоге, несмотря на то, что граничная (локализованная в пьезоэлектрике или полупроводнике) электрозвуковая волна по-прежнему сопровождается объемным излучением в полупроводник или пьезоэлектрик, ее распространение вдоль контакта материалов будет иметь стационарный характер, присущий истинным поверхностным модам.

Этот специфический случай распространения электрозвуковых волн был рассмотрен в работе [49] (см. также [50]). По характерным признакам волнового поля — гранично-локализованного в полупроводнике и без локализации (в виде объемной волны) в пьезоэлектрике — электрозвуковая волна была названо объемно-поверхностной волной.

В работах [49, 50] контакт пары материалов «пьезоэлектрик — полупроводник» полагался идеальным. На практике такие границы реализуются исключительно редко, поскольку. главным образом из-за несоответствия периодов кристаллических решеток, в зоне контакта возникают переходные слои с повышенным содержанием дефектов, примесных уровней и концентрацией механических напряжений. Более реалистичная модель, поэтому, должна учитывать наличие промежуточного буферного слоя между пье-зоэлектриком и полупроводником.

Из-за разнообразия возможных комбинаций параметров буферного слоя, а также необходимости учета неоднородности его характеристик по толщине, обеспечить желаемую универсальность модели трудно. Заслуживает внимания другой способ осуществления акустического контакта пьезоэлектрика с полупроводником — посредством вязкой жидкости. Целью предпринятого в первой главе диссертации исследования.

ЭОПВ является учет такого вязкого слоя диэлектрической жидкости [51]. Этой привлекательной по простоте и удобству постановки эксперимента ситуации, отвечает необходимая универсальность модельных представлений, отсутствующая для монолитных слоистых структур.

Вторая исследовательская проблема диссертации касается особенностей поведения электрозвуковых поверхностных волн на движущихся 180-градусных доменных границах сегнетоэлектрических кристаллов. Нестационарность физической системы здесь обуславливается исключительно движением удерживающих волну доменных границ, каждую из которых удобно рассматривать как скачок параметра (волну переключения спонтанной поляризации), бегущий по неподвижному кристаллу.

Данное направление исследований сложилось за последнее десятилетие. В первых работах рассматривалось распространение электрозвуковых поверхностных волн вдоль одиночной 180-градусной доменной границы, равномерно движущейся в тетрагональном сегнетоэлектрическом кристалле типа BaTiCh [52, 53]. Позднее рассматривались электрозвуковые волны, удерживаемые доменными границами движущегося полосового домена [54, 55], а также сдвиговые магнитоупругие поверхностные волны на движущихся блоховских стенках (аналог 180-градусных доменных границ в сегнетоэлек-трнках) ферромагнитных кристаллов [56−58].

Общий итог цитированных работ состоит в том, что под влиянием движения удерживающей границы волновая нормаль поверхностных (граничных) мод выводится из плоскости границы и отклоняется на острый угол в сторону движения. По выделенному геометрическому признаку эти моды было предложено именовать неколлинеар-ными модами, имея в виду, как раз, неколлинеарность их волновой нормали по отношению к границе. Существенно, что индуцированной медленным движением доменных границ слабой неколлинеарности электрозвуковых и сдвиговых магнитоупругих поверхностных волн могут, сопутствовать заметные изменения их спектральных характеристик, а в результирующих колебаниях электрических и магнитных полей (лабораторная система отсчета) присутствуют биения, вызванные доплеровской раздвижкой частот.

Несмотря на то, что основные свойства неколлинеарных электрозвуковых граничных волн на движущихся доменных границах сегнетоэлектрических кристаллов описаны в работах [52−55] достаточно подробно, остаются неосвещенными важные детали их поведения, обязанные коллективному вкладу движения многих границ. В частности, непонятен механизм, по которому добавление каждой новой движущейся доменной границы сегнетоэлектрика сводится только к модификации дисперсионных спектров, но не сопровождается возникновением дополнительных дисперсионных ветвей. Отсутствует также обобщение результатов на случай бесконечного числа эквидистантных, равномерно движущихся доменных границ, когда сегнетоэлектрический кристалл представляет собой динамическую сверхрешетку. Комплекс этих вопросов рассматривается во второй главе диссертации.

Однородная нестационарность системы может проявиться не только поперечным движением границ по отношению к волнам, распространяющимся в неподвижной среде, но и относительным продольным перемещением самих материальных сред, при условии, что между средами существует граничная связь волновых полей. Для акустических волн такого рода эффекты изучались ранее в маловязких жидких средах, допускающих относительное движение (скачок течения) без заметного искажения профиля скорости потока вблизи границы за счет действия вязкостных напряжений [89]. Учитывая, что границы идеальных жидкостей не представляют собой волноводы, способные удерживать поверхностные (граничные) волны, единственная, по сути дела, проблема гидроакустики для систем с тангенциальными разрывами скорости течении заключалась в определении полей заданного источника акустического излучения. В простейшем случае удаленного источника речь идет о решении френелевской задачи отражения монохроматических волн тангенциальными разрывами скоростей течения одинаковых или различных жидкостей.

В случае твердых тел относительное продольное движение возможно только при отсутствии контакта между ними. Благодаря пьезоэффекту, электрострикции, магнито-стрикцип или пьезомагнетизму,. упругие возмущения будут сопровождаться электрическими и/или магнитными полями, действие которых, естественно, распространится на зазор и этим самым приведет к граничному сцеплению акустических полей в твердых телах, разделенных зазором. Для активных материалов в слоистой структуре с зазором их относительное продольное (вдоль границ) перемещение обретет, таким образом, роль значимого параметрического воздействия на систему, которое подобно действию тангенциального разрыва течений идеальной жидкости в задачах гидроакустики.

В акустоэлектронике твердого тела слоистые структуры активных кристаллов, в том числе и структуры с вакуумным зазором (щелевые структуры), — давно известный объект исследования. Однако, несмотря на то, что к настоящему моменту времени изучены многие аспекты распространения акустических волн в щелевых структурах [9093], все они касаются ситуаций, когда кристаллы имеют неизменное, фиксированное положение. В третьей главе диссертации рассмотрены параметрические эффекты распространения сдвиговых волн горизонтальной поляризации, вызванные относительным продольным движением пьезоэлектрических кристаллов класса 6 (4, 6 mm, 4 mm, oom), разделенных вакуумным зазором.

Заключительная часть Главы 3 диссертации посвящена анализу распространения щелевых электрозвуковых волн вдоль поперечно смещающегося с постоянной скоростью плоскостного дефекта пьезоэлектрического кристалла типа трещины. По современным представлениям [94, 95] трещины в твердых телах развиваются обычно от вершин по касательным к их берегам, т. е. удлиняются без поперечного перемещения границ. В некоторых случаях, например, при прорастании с поверхности под воздействием растягивающей нагрузки или в режиме надкритической концентрации напряжений в вершине ветвящейся трещины, поперечная составляющая движения границ трещин может оказаться заметной. Соответственно задача об электрозвуковых волнах на поперечно движущейся трещине пьезоэлектрика, которую можно трактовать как своего рода вакуумный зазор, бегущий по неподвижному кристаллу, обретает физический смысл.

К основным результатам данного раздела главы 3 можно, прежде всего, отнести вывод о неколлинеарности щелевых электрозвуковых волн под влиянием поперечного движения трещины. Установлено, что вопреки сходству геометрической конфигурации и одинакового, поперечного движения границ, в спектрах мод трещины и полосового домена сегнетоэлектрика присутствует качественное отличие. Для трещины параметрическое преобразование дисперсионных спектров в результате движения границ происходит с образованием поворотных петель из-за слияния высокочастотных концов ранее изолированных ветвей симметричной и антисимметричной моды.

Поперечное движение границ, удерживающих электрозвуковые поверхностные (граничные) волны, указывает, в самом строгом смысле, на релятивистский характер рассматриваемых эффектов. В этой связи материалы трех глав диссертации, основанные на квазистатическом приближении электрических полей и галилеевской связи координат систем отсчета являются приближенными. Релятивистские уточнения можно, конечно, получить, в рамках теории относительности, обобщенной на сплошные упругие среды с пьезоэффектом, тем более, что для обычных непьезоэлектрических сред и волн объемного распространения такие эффекты хорошо известны [76, 77, 118]. Однако применительно к граничным задачам функциональной электроники, не имея в виду распределения больших масс вещества в космических объемах, релятивистская формулировка лишена практического смысла, так как движение межфазных границ кристаллов — есть всегда результат динамической перестройки их структуры, протекающей с конечной скоростью порядка скорости звука, т. е. при релятивистском факторе [3−1 (Г5.

Для релятивистских обобщений более удобным объектом являются электромагнитные поверхностные волны. Однако и для них релятивистская формулировка граничных задач будет целесообразной только в случае границ, движущихся с субрелятивистскими скоростями р~1. Первые, и вынужденно нерелятивистские попытки рассмотреть поведение электромагнитных поверхностных волн на движущейся границе «плазма — вакуум», предпринятые в работах [116, 119], основывались на ее трактовке как фронта фотоионизации, образующимся при сканировании разреженного газа (межпланетной среды) пучком ионизирующего излучения. Такой способ только на первый взгляд лишен ограничений на достигаемую скорость движения границы. Причина в том, что из-за относительно большого времени жизни фотоэлектронов в условиях редких соударений с молекулами (ионами) газа за уходящим фронюм фотоионизации вне пределов пучка ионизирующего излучения (т.е. в «вакууме») остается тем более длинный шлейф фотоэлектронов, чем выше скорость границы. В результате она размазывается и в релятивистском пределе задача о поверхностных волнах теряет смысл.

В авторских материалах дополнительных исследований, не вошедших в диссертацию, с целью выявить релятивистские особенности поведения поверхностных воли на движущихся границах граничные задачи работ [116, 117, 119] переформулированы применительно к случаю, когда движущиеся границы «плазма — вакуум» представляют собой границы фактически движущихся в вакууме плазменных сгустков. При условии приведения всех частиц в одинаковое равномерное движение такие границы плазмы остаются резкими при любых скоростях по релятивистский предел (3—>1 включительно. Поскольку известен эффективный способ получения подобного рода движущихся плазменных сгустков в лабораторных условиях [120], появляются основания для теоретического анализа релятивистских эффектов.

В работах [121, 122] рассмотрены случаи полубесконечного плазменного сгустка и плазменного сгустка конечной толщины, движущиеся с релятивистской скоростью. Для описания плазмы использовалась элементарная модель. Основным результатом работы [121, 122] явился вывод, что аберрационный эффект с выходом волновой нормали поверхностной электромагнитной волны из плоскости границы и поворотом в сторону движения имеет место только в лабораторной системе отсчета. При этом в дисперсионных спектрах мод поверхностной электромагнитной волны, рассматриваемой с позиции наблюдателя лабораторной системы отсчета, результатом субрелятивистских проявлений движения плазмы отмечаются снижение частоты отсечки по мере роста параметра р, а также образование верхней границы спектра по длинам волн, смещающейся в коротковолновую с горону. Последнее трактовалось как непосредственное проявление релятивистской связности пространства — времени.

Обзор диссертации по главам, данный выше, можно в кратких чертах систематизировать в виде следующих пунктов:

Целью работы является теоретическое изучение влияния равномерного поперечного движения пакета доменных границ (ДГ) сегнетоэлектрика, ОПП пьезокристалли-ческих сред в щелевых структурах и дрейфового тока носителей заряда в полупроводнике, сцепленным с пьезоэлектриком слоем диэлектрической вязкой жидкости, на распространение соответствующего типа электрозвуковых волн.

В задачу исследования вошло:

— обоснование возможности замены идеального (монолитного) контакта пары «пьезоэлектрик — полупроводник с током дрейфа» в качестве волновода ЭОПВ слоем связующей вязкой жидкости;

— выявление роли коллективных взаимодействий поперечно движущихся ДГ сегнетоэлектрика на удерживаемую ими электрозвуковую волну для системы примыкающих полосовых доменов (ПД) и’сверхрешетки ДГ;

— оценка влияния ОПП пьезоэлектриков щелевой структуры на поведение мод щелевой электрозвуковой волны;

— оценка энергетической эффективности преобразования электрозвуковой волны поперечным движением одиночной ДГ сегнетоэлектрика;

— исследование влияния ОПП на туннслирование сдвиговой волны через вакуумную щель в движущийся пьезоэлектрик;

— описание специфики дисперсионных свойств щелевых электрозвуковых волн на поперечно смещающейся трещине пьезоэлектрического кристалла.

Научная новизна диссертации заключается:

— в установлении дополнительного ограничения на область существования ЭОПВ в структуре «пьезоэлектрик — вязкая жидкость — полупроводник» с током сверхзвукового дрейфа носителей заряда, налагаемого сверху на толщину слоя жидкости вязкостными потерями;

— в предложенной оценке энергетической эффективности преобразования граничной электрозвуковой волны (ГЭВ) поперечным движением удерживающей её 180-градусной ДГ сегнетоэлектрика отношением усредненной энергии полей волны на движущейся ДГ к значению, соответствующему неподвижной доменной стенке;

— в выявлении и истолковании нижних границ спектра мод ГЭВ в структуре примыкающих ПД сегнетоэлектрика, как признака коллективного взаимодействия движущихся ДГ, происходящего без образования новых дисперсионных ветвей;

— в установлении характерных признаков неколлинеарности ГЭВ для структуры примыкающих ГТД, сверхрешетки ДГ сегпетоэлектрнка и вакуумной трещины пьезо-электрика, вызванных поперечным движением удерживающих границ;

— в предсказании парного расщепления дисперсионных ветвей спектра мод парциальных (блоховских) ГЭВ доменной сверхрешетки сегнетоэлектрика внутри разрешенной зоны, меняющихся местами при инверсии скорости поперечного смещения ДГ;

— в предсказании существенной невзаимности сгационарного распространения и возможности конвективного акустоэлектронного усиления щелевых электрозвуковых волн при ОГТГТ пьезоэлектриков слоистой структуры со щелью;

— в выявлении дополнительной ветви рефракции туннелирования сдвиговых волн через щель пьезоэлектриков, испытывающих ОПП, и усиления отраженной волны по механизму обращения волнового фронта (ОВФ).

Практическая значимость результатов работы состоит в развитии теоретических представлений о свойствах ГЭВ в условиях проявления системой однородной не-стационарпости свойств (дрейфовая нестационарность полупроводника, ОПП пьезоэлектриков щелевых структур) пли равномерного движения удерживающих границ. Полученные результаты позволяют прогнозировать ряд качественно новых особенностей в поведении ГЭВ (нетрадиционная структура волновых полей ЭОПВневзаимность стационарного распространения щелевых электрозвуковых волн вследствие ОПП пьезоэлектриков- «сверхотражение» сдвиговых волн щелевой структурой пьезоэлектриков в условиях ОПП по механизму обращения волнового фронта). На этой основе выявлены новые каналы манипулирования распространением ГЭВ и, как следствие, определены дополнительные возможности для разработки приложений. Так, применительно к акустодомённым устройствам совмещение режима обработки сигнальной информации с регулируемым движением ДГ позволяет рассчитывать на дополнительную доплеровскую компрессию импульсов или желаемые частотные сдвиги, а невзаимность распространения щелевых электрозвуковых волн вследствие ОПП представляется перспективной для разработки узлов с механически контролируемой задержкой сигнала.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Существуют ЭОПВ при надкритической дрейфовой нестационарности полупроводника и его акустическом сцеплении с пьезоэлектриком слоем вязкой жидкости, ограниченным сверху по волновой толщине.

2. Движение ДГ сверхрешетки сегнетоэлектрика обуславливает внутризонное расщепление спектров мод парциальных (блоховских) ГЭВ на пары. При инверсии скорости ДГ сверхрешетки внутри пар имеет место перестановка спектров мод местами.

3. ОПП пьезоэлектриков щелевой структуры вызывает невзаимность стационарного распространения, изменение спектра и конвективную акустоэлектронную неустойчивость антисимметричной моды щелевых электрозвуковых волн.

4. При туннелировании сдвиговых воли через зазор пьезоэлектриков, подвергнутых ОПП с двухкратным превышением скорости звука, к обычной ветви рефракции добавляется новая ветвь рефракции с ОВФ, приводящая к усилению отражения.

Достоверность результатов диссертации обеспечена адекватностью соответствующих физических моделей, справедливостью используемых приближений и надежностью численных методов расчета, применяемых для решения близких по тематике задач. Результаты расчета спектров мод, составляющие большую часть всех численных расчетов, контролировались общепринятым способом — подстановкой полученных значений корней в дисперсионное соотношение D (co, k)=0, где со — частота, к — волновой вектор, и достаточной (принятой в соответствии с точностью их оценки) малостью отклонения [D (co, k)| от нуля.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на XIV Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Кишинев, 1989), на Всероссийской научной конференции по волновой динамике машин и конструкций памяти проф. А. И. Весницкого. (Н.Новгород, 2004), V (Самара, 2006) и VII (Самара, 2008) Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов», на XVIII (Таганрог, 2006) и XIX (Н.Новгород, 2007) сессиях Российского акустического общества, на 4-ой Межрегиональной молодежной научной школе «Материалы нано-, микрои оптоэлектр’оники: физические свойства и применение» (Саранск, 2005).

Личный вклад автора в получении материалов диссертации был определяющим и состоял в выводе общих решений граничных задач, составлении программ и выполнении численных расчетов. Результаты разделов 2.5, 2.6 диссертации, получены совместно со старшим научным сотрудником УФ ИРЭ РАН Вилковым Е. А. При выборе, постановке исследовательских задач и обсуждении полученных результатов автор пользовался поддержкой научного руководителя — академика РАН Гуляева Ю. В., а также консультациями академика РАН Бугаева А. С. и ведущего научного сотрудника УФ ИРЭ РАН Шевяхова Н.С.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 16 научных работах. Из них 6 — статьями в рецензируемых журналах РАН, 4 — статьями в научных сборниках и периодических научных изданиях и 6 — материалами научных конференций.

I. Статьи в рецензируемых журналах.

1. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Электрозвуковая объемно-поверхностная волна в слоистой структуре пьезоэлектрик — жидкость — полупроводник // АЖ, 1987. Т. 33. № 6. С. 1096−1100.

2. А. С. Бугаев, С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Электрозвуковые волны на границах пары движущихся в сегнетоэлектрике полосовых доменов // РЭ, 2005. Т. 50. № 9. С. 867−871.

3. Ю. В. Гуляев, С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Электрозвуковая волна в зазоре пьезоэлектрической пары с относительным продольным перемещением // Письма ЖТФ, 2006. Т. 32. № 20. С. 18−26.

4. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Туннелирование акустических волн зазором пары гексагональных пьезоэлектрических кристаллов с относительным продольным перемещением // Письма ЖТФ, 2007. Т. 33. № 9. С. 18−28.

5. Ю. В. Гуляев, С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Прохождение сдвиговых волн через вакуумный зазор продольно перемещающихся пьезоэлектрических кристаллов // Письма ЖТФ, 2007. Т. 33. № 18. С. 85−94.

6. Е. А. Вилков, С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Электрозвуковые волны решетки движущихся доменных границ сегнетоэлектрического кристалла // Письма ЖТФ, 2009. Т. 35. № 7. С. 70−79.

II. Статьи в научных сборниках и периодических научных изданиях.

1. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Щелевые волны на границах пьезоэлектриков в условиях относительного продольного перемещения // Труды XVIII. сессии Российского акустического общества. Т.1.М.: Геос, 2006. С. 23−26.

2. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Электрозвуковые волны на границах трещины, движущейся в пьезокристалле // Труды XVIII сессии Российского акустического общества. Т.1.М.: Геос, 2006. С. 26−30.

3. Ю. В. Гуляев, С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Туннелирование сдвиговых волн вакуумным зазором пары пьезоэлектрических кристаллов класса 6 и 222 в условиях равномерного относительного перемещения // Труды XIX сессии РАО.Т. 1. Н. Новгород, 2007. С. 32−36.

4. Е. А. Вилков, Ю. В. Гуляев, С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Щелевые электрозвуковые волны в зазоре пары относительно движущихся пьезоэлектриков // Радиоэлектронная техника / Межвуз. сб. научн. тр. Ульяновск: УлГТУ, 2008. С. 40−45.

III. Публикации в материалах научных мероприятий.

1. А. С. Бугаев, Ю. В. Гуляев, С. Н. Марышев. Электрозвуковые волны в структуре: пьезослой — вязкая жидкость — полупроводник // XIV Всесоюзная конференция по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела. Тез. докл. Ч. I. Кишинев. 1989. С. 27−28.

2. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Электрозвуковые поверхностные волны на примыкающих полосовых доменах, приведенных в движение // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции по волновой динамике машин и конструкций памяти проф. А. И. Весницкого. Н. Новгород: НФ ИМАШ РАН. 2004. С. 72.

3. Ю. В. Гуляев, С. Н. Марышев, В. Г. Шавров, Н. С. Шевяхов. Движущиеся границы: новые аспекты физики поверхностных волн // Сб. трудов 4-ой межрегион, молодежи. научи, школы «Материалы нано-, микрои опгоэлектроники: физические свойства и применение». Изд-во. Мордовского университета, Саранск. 2005. С. 26.

4. Ю. В. Гуляев. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Щелевые волны в зазоре пьезоэлектрической пары с относительным продольным смещением кристаллов // V Меж-дунардн. научн.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов». Тез. докл. Самара. 2006. С. 7.

5. Е. А. Вилков, С. Н. Марышев. Поверхностные электрозвуковые волны в сегнето-электрике, удерживаемые движущейся периодической доменной структурой // VII Международн. научн.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов». Тез. докл. Самара. 2008. С. 17−18.

6. С. Н. Марышев, Н. С. Шевяхов. Энергетическая оценка преобразования электрозвуковой волны движением доменной границы в сегнетоэлектрическом кристалле // VII Международн. научн.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов». Тез. докл., Самара. 2008. С. 19.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации содержит 159 страниц текста, включая 52 рисунка.

Список литературы

включает 123 единицы цитирования.

Выводы по результатам третьей главы.

Оценены проявления нестационарности типа относительного продольного перемещения пьезоэлектрических кристаллов в спектрах мод щелевых электрозвуковых поверхностных волн. На примере антисимметричной моды показано, что при дозвуковых скоростях относительного продольного перемещения кристаллов имеет место невзаимность распространения щелевой электрозвуковой волны с заметной дисперсией и параметрическим преобразованием спектра перемещением кристаллов на длинах волн порядка толщин ы зазора.

Рассмотрена специфика акустического туннелирования волн через щель пьезоэлектрических кристаллов в условиях их относительного продольного перемещения. Для скорости перемещения по ходу падения, вдвое выше звуковой, продемонстрирована возможность эффективного усиления отражения по механизму обращения волнового фронта рефрагированной волны.

Показана неколлинеарность щелевых электрозвуковых волн, вызванная поперечным движением трещины jb пьезоэлектрическом кристалле, и установлено, что параметрическое преобразование спектров мод движением трещины выражается слиянием их ветвей (симметричной и антисимметричной) с образованием поворотной петли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе представлены результаты исследования параметрических эффектов распространения электрозвуковых поверхностных волн, вызванные нестационарностью сред или движением границ в простейшей форме — равномерного перемещения материала, отдельных его частиц (электронный дрейф) или движения межфазных границ. По итогам исследования можно сделать общий вывод о заметных, и, как правило, доступных экспериментальному обнаружению, изменениях, вносимых в распространении поверхностных (граничных) волн соответствующего типа нестационарностью. В ряде случаев нестационарность приводит к качественным изменениям не только дисперсионных спектров, но и структуры поверхностных (граничных) волн. Так, электронный дрейф в полупроводнике, граничащем с пьезоэлектриком или сцепленным с ним акустически через буферный слой вязкого материала, может обеспечить при определенных условиях существование незатухающей электрозвуковой волны, локализованной вблизи границы полупроводника с парциальной компонентой, объемно распространующейся в пьезоэлектрик. Сходная ситуация возникает со щелевой электрозвуковой волной на границе пьезоэлектриков, приведенных в сверхбыстрое относительное перемещение.

Материалы диссертации развивают теоретические представления физики поверхностных (граничных) волн для неавтономных систем и в основных результатах сводятся к следующему:

Обоснована возможность существования стационарных электрозвуковых волн комбинированного объемно-поверхностного типа на смежных границах пьезоэлектрических кристаллов и полупроводников с надкритическим дрейфом носителей заряда, акустически сцепленных слоем вязкой жидкости. Показано, что из-за акустических потерь в слое область существования электрозвуковых объемно-поверхностных волн имеет верхнее ограничение на волновую толщину.слоя.

Установлено, что добавление новой ДГ к движущемуся полосовому домену сегнетоэлектрика не приводит к образованию физически обоснованных дополнительных ветвей спектра мод неколлинеарных электрозвуковых граничных волн. При этом низкочастотная отсечка дисперсионного спектра еще и симметричной моды обуславливается в длинноволновом пределе скачком сдвиговых напряжений на границе смыкания полосовых доменов из-за смены знака действующего пьезомодуля.

Описаны дисперсионные свойства неколлинеарных граничных электрозвуковых волн динамической сверхрешетки эквидистантных, равномерно движущихся 180-градусных доменных границ сегнетоэлектрических кристаллов. Показано, что вследствие движения ДГ парциальные блоховские спектры мод граничных электрозвуковых волн, не относящиеся к границам первой разрешенной зоны, испытывают парное расщепление на высокочастотную и низкочастотную ветви, которые при инверсии скорости ДГ переставляются местами. Устанавливающиепределы разрешенной зоны для граничных электрозвуковых волн парциальные моды не подвержены указанному расщеплению, инвариантны к обращению скорости движения ДГ и в высокочастотной асимптотике преобразуются движением ДГ аналогично электрозвуковым волнам на изолированных доменных стенках.

Оценены проявления нестационарности типа относительного продольного перемещения пьезоэлектрических кристаллов в спектрах мод щелевых электрозвуковых поверхностных волн. На примере антисимметричной моды показано, что при дозвуковых скоростях относительного продольного перемещения кристаллов имеет место невзаимность распространения щелевой электрозвуковой волны с заметной дисперсией и параметрическим преобразованием спектра перемещением кристаллов на длинах волн порядка толщины зазора;

Рассмотрена специфика акустического туннелирования волн через щель пьезоэлектрических кристаллов в условиях их относительного продольного перемещения. Для скорости перемещения по ходу падения, вдвое выше звуковой, продемонстрирована возможность эффективного усиления отражения по механизму обращения волнового фронта рефрагированной волны.

Показана неколлинеарность щелевых электрозвуковых волн, вызванная поперечным движением трещины в пьезоэлектрическим кристалле, и установлено, что параметрическое преобразование спектров мод движением трещины выражается слиянием их ветвей (симметричной и антисимметричной) с образованием поворотной петли.