Quelques ´ el´ ements sur les param` etres exp´ erimentaux

Le comportement ´elastique de la structure est d´efini par sa g´eom´etrie et les pro-pri´et´es de l’excitation initiale. En aucun cas, les modes acoustiques g´en´er´es ne peuvent d´ependre de param`etres tels que la longueur d’onde ou la polarisation dans le cadre de la g´en´eration thermo-´elastique. En revanche les voies de d´etection sont naturelle-ment sensibles `a ces param`etres. Nous pouvons discuter de l’influence a priori de ces param`etres.

Longueur d’onde

La longueur d’onde peut intervenir par plusieurs biais. Outre les effets d´ecrits dans la paragraphe2.3.3, la structuration `a des ´echelles sub-microniques de la surface conf`ere des propri´et´es optiques nouvelles aux mat´eriaux. Par exemple les r´eseaux diffractent naturellement les faisceaux pompe et sonde. De tels effets sont ´evidemment sensibles au rapport entre longueur d’onde et pas du r´eseau.

Polarisation

Lors de l’´etude de lignes d’interconnexion en cuivre, Antonelli et Maris ont montr´e que l’orientation de la polarisation de la pompe et de la sonde par rapport aux lignes avait une importance particuli`ere dans la d´etection des vibrations [3]. Ce r´esultat n’est pas surprenant ´etant donn´e que la g´eom´etrie en r´eseau de lignes parall`eles avec un pas de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde optique constitue un polariseur. D`es lors la structure influence le champ ´electromagn´etique de la sonde et le r´esultat y est sensible. Encore une fois, l’acoustique est inchang´ee, c’est un effet de sonde. Le mod`ele de d´etection photo-´elastique trouve ici ses limites puisque l’orientation relative des champs optiques et acoustiques doit ˆetre prise en compte. Dans notre ´etude ´egalement nous verrons que la polarisation joue un rˆole.

Page 66 Chapitre 2 - Aspects exp´erimentaux

Angle d’incidence

Enfin le montage peut ˆetre employ´e dans une g´eom´etrie o`u pompe et sonde ne sont pas en incidence normale. C’est une possibilit´e pour confirmer la nature vibratoire d’un signal. En effet dans un mat´eriau transparent la propagation d’ondes peut ˆetre d´etect´ee via les oscillations de Brillouin. Rien ne permet de les distinguer d’une vibration de nano-objet d´epos´e en surface. R´ealiser une exp´erience en incidence oblique permet de les diff´erencier. Alors que le mode propre de la particule ne change pas de fr´equence avec l’angle de d´etection, la fr´equence Brillouin y est sensible (cf.2.3.3). Cette m´ethode a ´et´e ´egalement utilis´ee par Lin [57].

2.5 Synth `ese

Au terme de ce chapitre nous disposons des outils n´ecessaires `a la recherche de modes collectifs de vibration de nano-objets. Grˆace `a la lithographie ´electronique des ensembles organis´es `a deux dimensions de motifs m´etalliques ont ´et´e fabriqu´es. Cette technique autorise une grande souplesse dans le choix des mat´eriaux et des pa-ram`etres g´eom´etriques. Ces objets sont ´etudi´es par acoustique picoseconde, une tech-nique pompe-sonde r´esolue en temps, adapt´ee aux gammes de fr´equence et aux di-mensions du probl`eme. Lors de ces exp´eriences une large zone du r´eseau est excit´ee et sond´ee. Acoustiquement cette g´eom´etrie est favorable aussi bien `a la d´etection des modes propres des objets que d’un comportement collectif. Par ailleurs avec ce montage nous disposons d’un outil riche de possibilit´es en termes de param`etres exp´erimentaux.

Chapitre 3

Modes acoustiques individuels de

nano-objets

Les modes propres d’objets nanom´etriques ont ´et´e largement ´etudi´es par acoustique pi-coseconde dans de nombreux syst`emes. Retrouver ces modes et les diff´erencier d’´eventuels modes collectifs fait partie des objectifs de ce travail. La plupart des r´esultats existants dans la litt´erature concernent des objets peu coupl´es `a leur milieu et dont les modes peuvent ˆetre d´ecrits par ceux d’une sph`ere ´elastique. Nos syst`emes se diff´erencient de ces ´etudes `a deux points de vue. Premi`erement la forme cubique des objets est originale et n´ecessite un trai-tement diff´erent sur le plan ´elastique. Enfin le couplage entre les objets et leur support est important. L’observation et la compr´ehension des modes individuels, d´etaill´ees dans ce cha-pitre, pr´esentent donc un int´erˆet suppl´ementaire.

Dans une premi`ere partie, nous exposons les arguments exp´erimentaux qui prouvent l’origine individuelle de ces modes dans des cubes d’aluminium. Puis nous d´etaillerons les modes acoustiques sous diff´erentes conditions d’un cube en nous appuyant sur la litt´erature et la simulation par la m´ethode des ´el´ements finis. La troisi`eme partie de ce chapitre g´en´eralise ces r´esultats `a un syst`eme diff´erent, constitu´e de cubes en or d´epos´es sur un substrat de silicium. Enfin, grˆace `a des ´etudes en longueur d’onde nous avons pu montrer l’origine photo-´

elastique de la d´etection des modes individuels dans l’aluminium.

Sommaire

3.1 Exp´eriences sur les cubes d’aluminium . . . 68 3.2 Mod´elisation des modes individuels . . . 75 3.3 G´en´eralisation . . . 82 3.4 M´ecanisme de d´etection . . . 86 3.5 Synth`ese . . . 88

Page 68 Chapitre 3 - Modes acoustiques individuels de nano-objets

3.1 Exp ´eriences sur les cubes d’aluminium

Dans cette premi`ere partie nous ´etudions des r´eseaux carr´es de cubes d’aluminium d´epos´es sur une sous-couche ´egalement en aluminium. Les exp´eriences d’acoustique picoseconde sur ces r´eseaux ont r´ev´el´e un signal dont nous montrerons qu’il provient de vibrations propres des cubes. Pour cela nous discuterons de l’influence de la taille des cubes d et de leur organisation en r´eseau de pas a sur ce signal.