压电薄膜中的混合非线性响应与非线性转变

非线性在机械谐振器的动力学中起着关键作用，可提升灵敏度并实现信号调控。理解影响非线性的参数对于制定抵消其影响或加以调控以改善器件性能的策略至关重要。本研究考察了制备引入的曲率对基于氧化锌的压电微机械超声换能器（PMUTs）动力学的影响。我们的实验揭示，这些器件随初始静位移的不同而表现出硬化、软化和混合非线性响应。值得注意的是，初始静位移近乎平坦的PMUTs呈现硬化非线性，而具有弯曲初始静位移的PMUTs呈现软化非线性。对于中间静位移则观察到一种奇异的混合非线性响应。我们将所观察到的非线性响应归因于静位移诱导的二次非线性与中面拉伸诱导的三次非线性之间的相互作用。我们给出了器件动力学的理论表述，其解释了实验结果并凸显了非线性响应及其对初始静位移的依赖性。我们的发现强调了非线性在机械谐振器动力学中的重要性，并提出了优化器件性能的途径。