Institut des
NanoSciences de Paris
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Acoustique, optique et thermique ultra-rapides dans les nano-systèmes :

Acoustique picoseconde

Etudes de nanocavités acoustiques planaires

Tout comme la structuration de la matière à l’échelle micrométrique permet d’obtenir des propriétés optiques particulières, une structuration à l’échelle nanométrique doit permettre un contrôle des propriétés acoustqiues dans le domaine du THz.

Les phonons jouent un rôle essentiel dans les phénomènes optiques et électroniques des semiconducteurs et dans leurs nanostructures. En particulier, les phonons acoustiques TeraHertz interviennent directement dans la relaxation des porteurs confinés dans les nanostructures telles que les puits ou boîtes quantiques et il serait intéressant de pouvoir contrôler l’interaction des phonons avec les électrons et les phonons à ces échelles. Ces structures ouvrent aussi une voie prometteuse pour la génération et la détection de phonons cohérents de haute fréquence (0,2-1THz). Ce domaine spectral est particulièrement intéressant pour étudier par exemple les excitations vibrationnelles de matériaux desordonnés (verres, amorphes)

Suivant l’exemple des cristaux photoniques où l’indice de réfraction est structuré, il est possible de concevoir des nanostructures où la modulation de l’impédance acoustique engendre un confinement des phonons de fréquence subTHz et THz. Nous étudions actuellement des miroirs de Bragg à phonons et des cavités à base de semiconducteurs GaAs/AlAs (collaboration avec B. Jusserand) et Mo/Si. Une application plus ambitieuse de ces nanocavités concerne la réalisation d’un SASER acoustique en introduisant dans ces cavités un élément amplificateur.

Nous avons notamment directement mis en évidence l’effet de filtrage de la cavité et mesuré la courbe de transmission d’un miroir et d’une cavité par des expériences d’acoustique picoseconde où l’impulsion pompe côté substrat émet un spectre de phonons qui se propagent sur une certaine distance pour atteindre le miroir (ou la cavité), ce qui nécessite de se placer à basse température ; l’impulsion sonde mesure le signal transmis côté miroir (ou cavité).

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Transformée de Fourier du signal temporel transmis (pompe côté substrat, sonde côté cavité ou miroir) pour le miroir (ME) et pour la cavité optimisé pour un mode confiné de cavité en centre de zone à 100GHz (CE). En comparaison, des simulations du déplacement de surface pour le miroir (MT) et la cavité (CT). En rouge les 3 bandes d’arrêt, avec à l’intérieur pour la cavité, le mode de cavité.

- Acoustique aux petites échelles spatiales