Lokale Resonanzen und transversale Wellenausbreitung in einem monokristallinen Siliziumwafer

Abstract

In anisotropen Medien ist der Leistungsfluss elastodynamischer Wellen im Allgemeinen nicht kollinear mit dem Wellenvektor. Dies führt zu einem ungewöhnlichen Verhalten lokaler Resonanzen in unendlichen Platten, die sogenannten Null-Gruppengeschwindigkeitsresonanzen (engl., zero-group-velocity, ZGV). Eigentliche ZGV-Resonanzen existieren nur entlang der Hauptrichtungen des anisotropen Materials. In andere Richtungen finden wir „transverse-group-velocity (TGV)“-Wellen, deren Leistungsfluss orthogonal zu ihrem Wellenvektor ist. Wir zeigen Messungen dieser außergewöhnlichen Wellenausbreitung in einem monokristallinen Siliziumwafer. Aufgrund des nicht-verschwindenden Leistungsflusses von TGV-Wellen wirkt Zeit als ein lokaler Filter im Wellenzahlbereich. Mit Verlauf der Zeit bleiben in der Nähe einer Quelle lediglich acht Wellenvektoren übrig: die ZGV-Resonanzen. Dies erklärt intuitiv die komplexen Resonanzmuster, welche bei Anregung eines Siliziumwafers mit einer Punktquelle entstehen. Da die ZGV-Wellen bei zwei unterschiedlichen Frequenzen und Wellenzahlen auftreten, bildet sich auf der Oberfläche der Platte ein schwebendes Interferenzmuster aus. Obwohl das Wellenfeld keinen Leistungsfluss aufweist, bewegen sich die Phasen dabei örtlich. Wir stellen auch hierzu Messungen vor.