Contrôle expérimental d'ondes élastiques par modulation spatio-temporelle de conditions électriques dans un cristal phononique piézoélectrique

Abstract

Le travail présenté porte sur l’étude de la propagation d’ondes élastiques dans un cristal phononique piézoélectrique composé d’un assemblage d’éléments piézoélectriques identiques et d’électrodes. Dans cette structure, les conditions électriques imposées aux électrodes peuvent être modulées rapidement à la fois dans l’espace et dans le temps ce qui altère fortement les courbes de dispersion. Par exemple, une mise à la masse périodique des électrodes permet d’introduire une bande interdite de Bragg qui n’est pas présente lorsque les électrodes sont en condition de potentiel flottant [Degraeve et al, J. Appl. Phys. 115, 2014]. Lorsque les conditions électriques imposées aux électrodes sont modulées spatio- temporellement, la propagation des ondes devient unidirectionnelle à certaines fréquences [Croënne et al, Appl. Phys. Lett. 110, 2017]. Sur les courbes de dispersion cela se traduit par l’apparition de bandes interdites directionnelles qui sont caractéristiques des dispositifs non-réciproques. Une étude expérimentale de ce phénomène est menée sur un assemblage de 113 anneaux piézoélectriques et 114 électrodes dont la modulation spatio-temporelle des conditions électriques est réalisée à l’aide d’un microcontrôleur. La modulation du cristal phononique est réalisée en décalant les mises à la masse périodiques des électrodes dans le temps. L’utilisation du microcontrôleur permet d’atteindre des vitesses de modulation élevées. Les courbes de dispersion expérimentales sont obtenues à partir d’un relevé des déplacements vibratoires de l’empilement par vibrométrie laser à balayage. L’évolution des courbes de dispersion avec la vitesse de modulation est analysée et comparée à des résultats de simulations par éléments finis.