Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences68745010.31857/S0033849425040028FSTDKVON THE 70th ANNIVERSARY OF S.A. NIKITOVК 70-ЛЕТИЮ С.А. НИКИТОВАResearch ArticleElectroacoustic shear waves in the hollow structure of two piezoelectricЭлектрозвуковые сдвиговые волны в щелевой структуре двух пьезоэлектриковVilkovE. A.ВилковЕ. А.
Russian Federation
e-vilkov@yandex.ruNikitovS. A.НикитовС. А.
Russian Federation

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

e-vilkov@yandex.ruFryazino branch Kotelnikov Institute of Radio-Engineering and Electronics RASФрязинский филиал института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНKotelnikov Institute of Radio-Engineering and Electronics, RASИнститут радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНMoscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)Saratov National Research State University named after N.G. ChernyshevskiyСаратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского150420257043323471407202514072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0033-8494/article/view/687450

The results of papers are presented in which dispersion properties of electroacoustic waves in the gap structure of two different piezoelectrics are considered. In particular, it is shown that in the presence of a difference of shear wave velocities in piezoelectrics there are no purely symmetric and antisymmetric modes, and the coefficients of the boundary localization of the shear wave will be significantly different. It is established that at a certain equal level of loss and gain (PT is a symmetrical structure) of two identical piezoelectrics of symmetry class 6, the symmetric and antisymmetric modes intersect. The intersection point defines an exceptional point of the PT-symmetric structure. Taking into account the unequal level of loss and gain in piezoelectrics results in either intersection, touching, or convergence of two modes at the point of their degeneracy (exceptional point) in the shear wave spectrum. As in the case of a purely PT-symmetric structure, the frequency dependence of the amplitude at an exceptional point of a quasi PT-symmetric structure (with a rather small difference in loss and gain levels) exhibits a very narrow peak, which opens up the possibility of creating hypersensitive sensors based on them.

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.

electroacoustic wavesgap wavespiezoelectricsPT-symmetryexceptional pointsэлектрозвуковые волныщелевые волныпьезоэлектрикиPT-симметрияособые точкиПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation075-00395-25-00Miao H., Li F. // Ultrasonics. 2021. V. 114. Article No. 106355.Xua D., Caia F., Chena M. et al. // Ultrasonics. 2019. V. 93. P. 18.Peng X., He W., Xin F. et al. // Ultrasonics. 2020. V. 108. Article No. 106205.Zeng L., Zhang J., Liu Y. et al. // Ultrasonics. 2019. V. 96. P. 34.Балакирев М.К., Гилинский И.А. Волны в пьезокристаллах. Новосибирск: Наука, 1982.Пустовойт В.И. // Успехи физ. наук. 1969. Т. 97. № 2. С. 257.Avetisyan A.S. Electroacoustic Waves in Piezoelectric Layered Composites. Cham: Springer, 2023.Гуляев Ю.В., Плесский В.П. // Акуст. журн. 1977. Т. 23. № 5. С. 716.Балакирев М.К., Горчаков А.В. // ФТТ. 1977. Т. 19. № 2. С. 613.Пятаков П.А. // Акуст. журн. 2001. Т. 47. № 6. С. 836.Двоешерстов М.Ю., Чередник В.И., Петров С.Г., Чириманов А.П. // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 6. С. 776.Guliy O., Zaitsev B., Teplykh A. et аl. // Sensors. 2021. V. 21. P. 1822.Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Ларионова О.С. и др. // Антибиотики и химиотерапия. 2021. V. 66. № 1–2. С. 12.Borodina I.A., Zaitsev B.D., Burygin G.L., Guliy O.I. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2018. V. 268. P. 217.Borodina I.A., Zaitsev B.D., Teplykh A.A. // Ultrasonics. 2018. V. 82. P. 39.Inone М., Moritake H., Toda К., Yoshino К. // Japan. J. Appl. Phys. 2000. V. 39. Pt. 1. № 9B. P. 5632.Rico A.J., Martin S.J. // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 50. № 21. P. 1474.Kondoh J., Saito K., Shiokawa S., Suzuki H. // Japan. J. Appl. Phys. 1996. V. 35. Pt. 1. № 5B. P. 3093.Aнисимкин В.И., Анисимкин И.В. // РЭ. 2000. Т. 45. № 7. С. 293.Aфанасьев М.С., Вилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Чучева Г.В. // РЭ. 2024. Т. 69. № 4. С. 394.Li X.F., Yang J.S. // Sensors and Actuators. 2006. V. 132A. № 2. P. 472.Yang J.S. // Mathematics and Mechanics of Solids. 2006. V. 11. № 5. P. 451.Bender C.M., Boettcher S. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. № 24. P. 5243.El-Ganainy R., Makris K.G., Christodoulides D.N., Musslimani Z.H. // Opt. Lett. 2007. V. 32. № 17. P. 2632.Зябловский А.А., Виноградов А.П., Пухов А.А. и др. // Успехи физ. наук. 2014. Т. 184. № 11. С. 1177.Schindler J., Lin Z., Lee J.M. et al. // J. Phys. A: Math. Theor. 2012. V. 45. P. 444029.Deymier P. Acoustic Metamaterials and Phononic Crystals. Berlin: Springer, 2013.Galda A., Vinokur V.M. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. № 2. P. 020408.Liu H., Sun D., Zhang C. et al. // Science Advanced. 2019. V. 5. № 11. Article No. eaax9144.Miri M.-A., Alù A. // Science. 2019. V. 363. № 6422. Article No. aar7709.Doronin I.V., Zyablovsky A.A., Andrianov E.S. et al. // Phys. Rev. A. 2019. V. 100. № 2. P. 021801(R).Wang X.-G., Guo G.-H., Berakdar L. // Nature Commun. 2020. V. 11. Article No. 5663.Guo A., Salamo G.J., Duchesne D. et al. // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103. № 9. P. 093902.Yang Y., Jia H., Bi. Y. et al. // Phys. Rev. Appl. 2019. V. 12. № 3. P. 034040.Bилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Темная О.С. и др. // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48. № 24. С. 38.Vilkov E.A., Byshevski-Konopko O.A., Kalyabin D.V., Nikitov S.A. // J. Phys. Cond. Matter. 2023. V. 35. № 43. P. 435001.Bилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А., Калябин Д.В., Никитов С.А. // Акуст. журн. 2024. № 5. С. 663.Соснин А.С., Струков Б.А. Введение в сегнетоэлектричество. М.: Высш. шк., 1970.Акустические кристаллы: Справочник / Под ред. М. П. Шаскольской. М.: Наука, 1982.