Физики из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов, Московского физико-технического института и Сибирского федерального университета смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах, на основе которых можно создать компактные и высокочувствительные датчики. 

Российские ученые предложили математическую модель и экспериментально изучили акустические волны в пьезоэлектрической структуре пленок нитрида алюминия AlN на поверхности синтетических алмазов. Они описали распространение волн и предложили ряд способов уменьшить влияние паразитных колебаний в этих процессах.

"В перспективе такие структуры на основе алмазных кристаллов могут быть использованы как высокочувствительные сенсоры для измерения давления, ускорения, температуры, толщины сверхтонких пленок или других характеристик", - говорится в релизе.

При растяжении или сжатии пьезоэлектрических материалов в них возникает электрическое поле, а при подаче электрического напряжения они наоборот меняют свою форму. На этом эффекте основана работа, например, зажигалок, в которых нажатие на кнопку вызывает достаточное для появления искры напряжение. Кроме того пьезоэффект широко используют в микрофонах, точных микроманипуляторах и многочисленных датчиках давления, влажности и температуры.

В новой работе ученые изучали пьезоэлектрические тонкие пленки нитрида алюминия AlN на поверхности синтетических алмазов. Воздействие электрического поля на подобные системы приводит к тому, что вглубь от поверхности разбегаются упругие волны деформации. Потом они встречаются с подложкой, отражаются в обратную сторону и, в результате, внутри слоистых структур возникает сразу множество колебаний, что напоминает эхо внутри тоннеля или широкой трубы.

Частоты, интенсивности и другие характеристики этих колебаний зависят, как от свойств самих материалов, так и от их геометрии. Поэтому на пьезоэлектрических материалах можно делать детекторы, способные замечать даже отдельные налипшие на их поверхность бактерии - микроорганизмы будут немного увеличивать массу всей системы, что будет заметно изменять характерные частоты возникающих колебаний.

Российские исследователи с помощью математического моделирования подробно изучили спектр возникающих внутри их слоистых пьезоэлектрических структур колебаний. В работе им удалось отделить и идентифицировать волны различных типов, распространяющиеся внутри пленок AlN на алмазных подложка. Полученные результаты могут быть полезны при создании СВЧ устройств акустоэлетроники - области физики, изучающей взаимодействие электрического поля и высокочастотных акустических волн.

Исследование ученых опубликовано в журнале Applied Physics Letters.

Похожие новости

  • 27/11/2017

    Композиционный материал из графена и дисульфида ванадия повысит емкость и скорость заряда литий-ионных батарей

    ​Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН совместно с коллегами из СФУ и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» предложили использовать соединение графена с монослоем дисульфидом ванадия в качестве анодного материала для литий-ионных батарей.
    1790
  • 28/11/2017

    Ученые ускорили процесс расчета турбулентных потоков в гидродинамике

    ​В 2017 году коллектив ученых из университетов и исследовательских институтов Москвы, Новосибирска и Красноярска, куда вошли представители Сибирского федерального университета - заведующий и доценты кафедры теплофизики Института инженерной физики и радиоэлектроники Александр Дектерев, Андрей Сентябов и Андрей Гаврилов - с помощью разрабатываемого программного комплекса показали эффективность использования графических процессоров для гидродинамических расчетов.
    550
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    1094
  • 16/01/2018

    Российские физики обнаружили у жидких кристаллов эффект памяти

    ​Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами обнаружили эффект памяти в жидких кристаллах под действием сильных электрических полей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.
    1560
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    407
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    1289
  • 05/03/2019

    Доцент СФУ выявила перспективность использования природного графита

    ​Доцент кафедры инженерного бакалавриата CDIO Института цветных металлов и материаловедения СФУ Татьяна Гильманшина в сотрудничестве со специалистами АО «Красноярскграфит» и Чувашского государственного университета (Чебоксары) провели ряд исследований, которые направлены на разработку новых противопригарных покрытий на основе природных и активированных графитов.
    421
  • 23/09/2019

    В России создали диагностическое оборудование для ITER

    ​Российские ученые разработали диагностическое оборудование для Международного экспериментального ядерного реактора ITER, которое может работать в экстремальных условиях. Это ускорит процесс строительства нового, более экологичного и безопасного источника энергии.
    346
  • 14/12/2017

    Ученые СФУ установили, что у Марса не было шанса стать обитаемым

    ​Профессор Сибирского федерального университета (СФУ) Николай Еркаев и его зарубежные коллеги из Австрии и Германии считают, что на Марсе никогда не было жизни и возникнуть она там не могла.К такому выводу они пришли, построив модель формирования планет, обладающих сравнительно небольшой массой.
    681
  • 29/12/2016

    Ученые СФУ презентовали антенны для сетей четвертого поколения

    ​Два проекта ученых Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ были представлены на национальной выставке-форуме "ВУЗПРОМЭКСПО-2016", прошедшей в Москве с 14 по 16 декабря 2016 года. Обе разработки выполнены совместно со стратегическим партнером ""Информационные спутниковые системы" имени академика М.
    1725