Contrôle électrique de la propagation d'ondes élastiques dans des cristaux phononiques piézoélectriques

Abstract

Les cristaux phononiques permettent d'obtenir des propriétés inhabituelles de propagation des ondes élastiques et en particulier l'apparition de bandes de fréquences interdites dans lesquelles l'onde est évanescente. Malgré le grand nombre d'applications potentielles, (isolation acoustique, filtrage et démultiplexage en fréquence, guidage d'onde, "cape d'inaudibilité", réfraction négative, super-résolution...) peu de cristaux phononiques ont été intégrés dans des dispositifs fonctionnels, partiellement à cause de leur manque de flexibilité : les propriétés de l'onde élastique, souvent obtenues dans une gamme de fréquence réduite, sont complètement déterminées par la géométrie et les propriétés des matériaux constitutifs lors de l'étape de fabrication. L'intégration de matériaux piézoélectriques dans ces structures permet d'envisager le développement de cristaux phononiques dont les propriétés de propagation sont contrôlées électriquement après fabrication. La géométrie considérée dans ce travail est un cristal phononique à une dimension constitué par une alternance de couches élastiques et de couches piézoélectriques dont chaque surface est recouverte d'une électrode. Le contrôle est obtenu en modifiant l'impédance électrique reliant les électrodes de chaque couche piézoélectrique (court-circuit, circuit ouvert ou capacité). Les courbes de dispersion calculées à partir d'un modèle analytique montrent que ce contrôle électrique permet d'ajuster la largeur de la première bande de fréquences interdite.