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NanoSciences de Paris
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Faits marquants

La disponibilité de dispositifs compacts pour la génération et la détection d’ondes acoustiques à des fréquences de l’ordre du térahertz ouvrirait de nombreuses possibilités pour la spectroscopie, l’imagerie et la physique de la propagation des vibrations dans les solides.

Nous avons démontré que des empilements nanométriques de matériaux de paramètres acoustiques et acousto-optiques contrastés permettent le contrôle de paquets d’onde acoustiques cohérents, directionnels et quasi-monochromatiques à des fréquences s’approchant du THz.

Le couple GaAs/AlAs, qui permet le contrôle parfait de structures de haute qualité (collaboration A. Lemaitre, LPN, Marcoussis) et la mise à profit des propriétés électroniques de ces semiconducteurs pour l’ingénierie du couplage acousto-optique mais qui présente des contrastes acoustiques limités, est étudié en coopération étroite avec l’équipe de A. Fainstein au Centro Atomico Bariloche (Argentine). Le couple Mo/Si est également exploré pour ses performances acoustiques intrinsèques très supérieures (collaboration C. Jaouen, LMP, Poitiers).

L’ensemble de nos résultats expérimentaux repose sur la maîtrise d’une technique expérimentale originale dans laquelle la génération et la détection des impulsions acoustiques sont réalisées sur les faces polies opposées d’échantillons épais de plusieurs centaines de microns et qui met en jeu la propagation acoustique macroscopique à basse température. JPEG

  • Une première étude a été de démontrer directement que l’on pouvait confiner des phonons acoustiques dans des cavités planaires de la même manière que des photons dans une microcavité optique. Les « miroirs acoustiques » sont constitués d’un empilement périodique d’une bicouche de propriétés acoustiques différentes (superréseau), ici GaAs et AlAs. Il s’agissait d’effectuer une expérience de transmission acoustique.

La figure ci-dessous illustre notre premier résultat dans lequel la génération et la détection sont réalisées par des transducteurs d’aluminium et qui donne accès à la transmission large bande d’une « nanocavité » dans laquelle une couche GaAs d’épaisseur différente est insérée entre deux miroirs acoustiques GaAs/AlAs. Nous observons les pics de transmission étroits induits dans les bandes d’arrêt des miroirs par l’insertion de la cavité. L’analyse temporelle du signal cohérent mesuré permet de démontrer l’accumulation de l’énergie acoustique dans la cavité pendant des temps de l’ordre de la nanoseconde illustrant la finesse du dispositif. schéma de l'expérience {PNG} JPEG

Pour en savoir plus : A. Huynh et al. Phys. Rev. Lett. 97, 115502 (2006)

D’autres résultats :

  • La génération et la détection des ondes acoustiques par un superréseau. résumé ici
  • La combinaison de deux superréseaux pour générer et détecter une onde acoustique de haute fréquence (1 THz). résumé là
  • L’utilisation des superréseaux a permis la première mesure directe du libre parcours moyen des phonons dans le domaine de fréquence subterahhertz (0.2 - 1 THz). résumé là

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