[发明专利]一种基于分子动力学理论的纳米声学效应分析方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学理论的纳米声学效应分析方法，包括步骤：一、构建纳米声学器件振动激励系统；二、调节分子束发生器；三、计算纳米声学器件中分子势函数；四、计算纳米声学器件中分子作用合力、加速度、速度和位置坐标；五、获取不同时刻纳米声学器件中分子的作用合力、速度和位置坐标；六、建立三维直角坐标系；七、计算纳米声学器件平均应力；八、计算弹性常数；九、计算纳米声学器件自由表面传播的声表面波相速度；十、计算纳米声学器件中心频率；十一、确定声波传播系数；十二、计算声波损耗、绘制声波损耗与频率的对应关系图，获取纳米声学器件的带宽。本发明获取表征纳米声学效应的参数，为研究纳米声学效应提供可靠的参考。

技术领域

本发明属于纳米声学效应计算技术领域，具体涉及一种基于分子动力学理论的纳米声学效应分析方法。

背景技术

目前，声学器件已广泛应用于通信行业，其中声表面波器件作为其代表性器件，基底材料可以选择压电单晶和半导体材料，当追求实现器件制作工艺的简化，可选用压电单晶材料作为基底。当追求器件的可集成性时，可以选用半导体材料作为基底，然而半导体基底不具有激发声表面波的能力，所以需要在基底上增加压电薄膜作为声波源振动激励层。

基于目前研究的声表面波器件，声波需要将电信号通过叉指电极激发。叉指电极又称叉指换能器，是将电信号与声信号互相转换，对于确定声速时，叉指最高工作频率仅受工艺上所能获得的最小电极宽度的限制。但是当器件为纳米量级时，由于目前工艺的局限性，无法精确制备目标叉指。使得声学材料缺少稳定激励源，无法产生声波振动，进而无法去探究纳米尺度声学效应。随着器件高频化、集成化程度的提高，器件尺度将缩小至纳米尺寸，宏观声学理论以及由宏观声学理论所衍生的理论建模方法存在失效效应，用于宏观声学理论分析的方法将不再适用。目前，对纳米尺度声学效应研究国内外鲜少出现，使纳米声学器件的研究模拟受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于分子动力学理论的纳米声学效应分析方法，其设计新颖合理，利用扰动施加机构向纳米声学器件施加扰动，通过分子束发生器所产生的分子束与器件内粒子产生碰撞，可使粒子产生位移，进而使粒子获得一个稳定的激励，以此来使纳米声学器件产生振动，通过分子动力学理论获取不同时刻的纳米声学器件中各个分子的作用合力、速度和位置坐标，进而获取纳米声学器件的平均应力、应变，计算弹性常数，获取表征微尺度纳米声学效应参数，为研究微尺度纳米声学效应提供可靠的参考，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于分子动力学理论的纳米声学效应分析方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、构建纳米声学器件振动激励系统：在承载台上放置纳米声学器件，利用扰动施加机构对所述纳米声学器件施加扰动，通过超高分辨率激光光谱仪观察所述纳米声学器件的波动状态，通过计算机计算反映所述纳米声学器件声学效应的参数，所述扰动施加机构、所述纳米声学器件、所述超高分辨率激光光谱仪和所述计算机构成纳米声学器件振动激励系统，所述扰动施加机构为分子束发生器，所述分子束发生器的数量为多个，所述分子束发生器为点源分子束发生器、线源分子束发生器或面源分子束发生器；

步骤二、调节分子束发生器：根据实验需求选取所需类型的分子束发生器，调节分子束发生器发出的分子束的方向和力度，对纳米声学器件中的部分边缘分子施加扰动；

根据公式计算部分边缘分子中第i个边缘分子的加速度其中，m_0i为部分边缘分子中第i个边缘分子的质量，为部分边缘分子中第i个边缘分子受到的扰动作用合力；

根据公式计算部分边缘分子中第i个边缘分子的速度和位置坐标为部分边缘分子中第i个边缘分子的初始速度，为部分边缘分子中第i个边缘分子的初始位置坐标，t为时间；