Institut des
NanoSciences de Paris
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Acoustique pour les nanosciences

Acoustique picoseconde

  • Bernard PERRIN
  • Laurent BELLIARD
  • Agnès HUYNH
  • Emmanuel PERONNE

L’étude des propriétés élastiques des nanostructures peut se faire à l’aide de méthodes dynamiques en réalisant des mesures SONAR sur des films ou multicouches d’épaisseur submicronique ou en excitant les résonances mécaniques de nano-objets.

Ces expériences sont conduites à l’aide de sources d’impulsions laser dans le domaine femtoseconde et grâce à l’utilisation des méthodes optiques « pompe-sonde ». L’absorption d’une première impulsion laser dite « pompe » provoque un échauffement brutal et donc une dilatation superficielle qui, selon la géométrie de l’objet étudié, soit se propage sous forme d’une impulsion acoustique d’une durée de quelques picosecondes, soit excite les vibrations résonantes du système. Les impulsions acoustiques ou les vibrations sont détectées à l’aide d’une seconde impulsion retardée optiquement, « la sonde », par la mesure interférométrique des changements du coefficient de réflectivité optique induits par les transitoires acoustiques. Ce domaine, « l’acoustique picoseconde », s’est largement développé ces dernières années et a permis l’étude des propriétés élastiques de films minces, de systèmes multicouches, de nanostructures et de nanoparticules, la détection de phénomènes de contraintes et de désordre aux interfaces, la mesure de l’adhésion…Cette méthode a également été utilisée pour l’étude de systèmes massifs. Parallèlement, des applications industrielles de cette technique dans le domaine de l’évaluation non destructive dans l’industrie microélectronique ont vu le jour et ont conduit à la mise au point de dispositifs de mesure commerciaux.

L’acoustique picoseconde est un domaine que nous étudions sous bien des aspects depuis une dizaine d’années dans notre groupe avec un intérêt plus particulier portant aujourd’hui sur trois développements nouveaux :

  • l’acoustique aux petites échelles spatiales qui inclue l’étude des vibrations de nano-objets individuels et celle de nanostructures 2D organisées,
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  • l’obtention de solitons acoustiques par propagation à basse température dans des systèmes massifs. L’objectif de cette étude est l’obtention d’impulsions acoustiques subpicosecondes et leur utilisation pour sonder nanostructures et nano-objets,
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  • l’étude de nanocavités acoustiques planaires. Ces systèmes pourraient s’avérer d’excellentes sources de phonons cohérentes et monochromatiques dans le domaine du THz. Elles peuvent également devenir l’élément central d’un SASER acoustique.
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