二维正交异性声子晶体带隙受材料参数的影响深度解析

本文主要探讨了材料参数对二维正交异性声子晶体带隙的影响，特别关注的是以正方点阵排列的二维各向异性声子晶体，如AlAs/GaAs结构。作者陈慧珉、常红和李建宝利用平面波展开法进行计算，分析了基体（如AlAs）和散射体（如GaAs）之间的材料参数变化对声子晶体能带结构和带隙特性的影响。 首先，研究发现当基体和散射体材料参数存在较大差异时，对于面内模态的能带结构，虽然不会出现明显的完全带隙，但是会存在方向带隙。在这个过程中，泊松比P.I和ρb（代表材料的横向和纵向弹性性质）对面内带隙的影响尤为显著，而剪切模量C44a/C44b和剪切弹性模量C11a/C11b的影响相对较小。这说明弹性参数的比值在确定带隙特性时扮演着重要的角色，尤其是在面内方向上。 相比之下，对于面外模态的能带结构，情况有所不同。这里存在着明显的完全带隙，其中C44a/C44b的弹性参数比值起着决定性的作用，而泊松比P./Pb的影响相对较小。这表明在面外方向，材料的纵向弹性响应在带隙形成中更为关键。 本文的贡献在于提供了对二维正交异性声子晶体中不同材料参数对带隙结构影响的定量分析，这对于设计和优化声子晶体材料性能，特别是在无源隔音、声波导向、声滤波器和声学透镜等应用方面具有实际指导意义。然而，尽管已有研究表明弹性参数和质量密度对带隙有重要影响，但当前关于哪些具体参数如何影响带隙的共识尚未完全建立，这为后续深入研究留下了空间。 该论文提供了一个系统的研究框架，展示了材料参数在二维正交异性声子晶体带隙形成中的动态作用，为声子晶体材料的设计和工程应用提供了重要的理论依据。