Cristaux Phononiques

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Guidage et filtrage des ondes dans les cristaux phononiques

Guidage et filtrage des ondes dans les cristaux phononiques

Conclusion générale transducteur émetteur au banc de mesures optiques dans le cas d'une mesure par interféromé- trie hétérodyne : adaptation de la fréquence de fonctionnement, multiplication du nombre de doigts, etc. D'autres moyens de caractérisation par mesures acoustiques picosecondes ou encore par visualisation au microscope électronique à balayage peuvent également être employés. Ces diérentes études, si elles peuvent être réalisées sur les cristaux phononiques piézoélectriques présentés dans le cadre de cette thèse, gagneraient à l'être sur des structures bidimensionnelles réellement innies au sens des ondes de surface. Pour cela, il est indispensable de s'aranchir des phénomènes de rayonnement liés à la profondeur nie du cristal. L'obtention de structures à très haut facteur de forme sur niobate de lithium s'annonçant dicile, les alternatives possibles résideraient donc en l'utilisation d'un matériau piézoélectrique plus aisément usinable (quartz, par exemple) ou d'un système couche piézoélectrique sur silicium. L'utilisation de ce dernier ma- tériau permet par ailleurs de bénécier de multiples moyens de microstructuration, notamment de procédés prêts à l'emploi de gravure ionique réactive profonde. Il devient ainsi possible de fabriquer des cristaux phononiques pour des modes de plaques, soit par fabrication (suivie par la structuration) d'une membrane piézoélectrique suspendue, soit par structuration directe d'une plaquette de silicium, la fréquence de fonctionnement du cristal dépendant bien évidemment de l'épaisseur de la plaque. Enn, le choix du niobate de lithium n'ayant rien eu anodin, il s'agirait de tenter de tirer prot des propriétés optiques de ce matériau. La première possibilité consis- terait à fabriquer un cristal photonique acoustiquement accordable, en s'appuyant sur diérents travaux en cours au sein du département d'optique de l'institut FEMTO-ST : une modication de l'indice de réfraction du niobate de lithium par eets électro
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Pépite | Conception de matériaux acoustiques artificiels structurés : super-réseaux piézoélectriques, lentilles à gradient d'indice, plaque de cristaux phononiques à base de piliers

Pépite | Conception de matériaux acoustiques artificiels structurés : super-réseaux piézoélectriques, lentilles à gradient d'indice, plaque de cristaux phononiques à base de piliers

Besides the current chapter which presents a general introduction of phononic crystals and acoustic metamaterials, the other five chapters are organized as following: The second chapter [r]

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Pépite | Propagation et localisation des ondes élastiques et électromagnétiques dans les matériaux phononiques, photoniques et plasmoniques

Pépite | Propagation et localisation des ondes élastiques et électromagnétiques dans les matériaux phononiques, photoniques et plasmoniques

1.1 Introduction Les cristaux phononiques sont des matériaux composites constitués d’une distribution périodique d’inclusions incorporées dans une matrice. Du fait de leur structure périodique, ces matériaux peuvent présenter, sous certaines conditions, des gaps acoustiques absolus, c'est-à-dire des bandes interdites quelque soit la direction de propagation de l’onde élastique incidente. Dans le domaine de fréquences du gap, une onde incidente sera réfléchie par le cristal phononique qui opère alors comme un miroir parfait non absorbant. Une telle propriété est prometteuse pour une variété importante d’applications, comme par exemple la réflexion des ondes sismiques, la création de boucliers acoustiques ou encore la construction de miroirs non absorbants permettant l’isolation phonique de cavités. Récemment, la recherche sur les cristaux phononiques a connu une sérieuse avancée en particulier grâce au développement de méthodes de calcul théorique et d’outils numériques de simulation. L’existence de gap absolu a été prédite théoriquement [1-3] avant d’être démontrée expérimentalement dans une grande variété de cristaux phononiques constitués de composants solide [4] ou solide et fluide [5]. Il a été montré que l’existence et la largeur des bandes interdites absolues dépendaient fortement de la nature des constituants, du contraste entre les paramètres physiques (densités et constantes élastiques) entre les inclusions et la matrice, la géométrie du réseau d’inclusion, la forme des inclusions et le facteur de remplissage.
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Pépite | Fabrication et mesure de la conductivité thermique de membranes phononiques de silicium pour des applications thermoélectriques

Pépite | Fabrication et mesure de la conductivité thermique de membranes phononiques de silicium pour des applications thermoélectriques

Il est connu que, pour améliorer l'efficacité thermoélectrique, un rôle important est joué par les propriétés électroniques du matériau et par sa conductivité thermique. Le silicium présente une très bonne conductivité électrique et un fort coefficient Seebeck, mais sa conductivité thermique représente le plus grand obstacle pour les applications thermoélectriques, empêchant son intégration directe comme matériau massif. Aujourd’hui, les technologies de structuration à l’échelle nanométrique permettent d’envisager une approche radicale et innovante consistant à moduler artificiellement le transport thermique dans un matériau par l’introduction d’une structure périodique dite phononique. Il a été démontré que le silicium nanostructuré en couches minces permet la réduction de la conductivité thermique jusqu'à un ordre de grandeur. Des travaux publiés récemment [122], [127], [129]–[131], [136], [202] montrent qu'un ordre de grandeur de diminution supplémentaire de la conductivité thermique est possible par la nano-fabrication de cristaux phononiques (PnCs), ces motifs périodiques sur la couche mince de silicium. Ces matériaux nanostructurés présentent des propriétés similaires à ceux des cristaux photoniques, tels que: gap phononique, réduction de la vitesse de groupe en raison de l'effet de repliement des bandes dans la courbe de dispersion, résultant de la périodicité du aux PnCs, qui pourrait être à l’origine d’un impressionante réduction de la conductivité thermique. Par ailleurs, les caractéristiques mécaniques d’un tel matériau permettront de l’intégrer dans des dispositifs mécaniquement flexibles.
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Résonateurs phononiques couplés par la surface

Résonateurs phononiques couplés par la surface

Conclusion quement la présence d’un couplage qui se manifeste notamment par une séparation de la réponse en fréquence des résonateurs en plusieurs modes distincts (deux ou trois modes selon les configurations). Différentes paires de piliers ont été testées. De cette manière, deux types de couplage ont été mis en évidence suivant l’écartement entre les deux résonateurs : un couplage, que nous pourrions qualifier d’évanescent, s’apparentant à un couplage dans un dimère plasmonique lorsque la distance séparant les deux résonateurs est faible (inférieure à la hauteur des résonateurs) et un couplage plus faible, de type couplage mécanique, pour des distances de séparation supérieures à la hauteur des résonateurs. Les cartographies expérimentales et numériques des champs de déplacement ont pu mettre en évidence les orientations des modes et ont montré que suivant les modes, les résonateurs vibrent soit en phase, soit en opposition de phase. Les différentes études ont permis d’illustrer les caractéristiques du cou- plage : dans le cas du régime de couplage évanescent, une dépendance du couplage à l’orientation du vecteur d’onde incident ainsi que des facteurs de qualité accrus des résonances ont été observés. Il est également possible d’effectuer une sélection modale en modifiant la direction du vecteur d’onde inci- dent dans ce cas. Le couplage de type mécanique se caractérise, quant à lui, par une orthogonalité des polarisations des deux résonateurs notamment ; l’orientation du vecteur d’onde n’a pas d’influence sur le couplage pour ce régime. De plus, pour les deux régimes de couplage, les mesures expérimentales de la phase du déplacement hors-plan en surface des piliers ont permis l’observation d’instabilités pour lesquelles les polarisations des piliers sont quasi-circulaires. Des non-linéarités peuvent être à l’origine de ces phénomènes d’instabilités. En ce sens, il pourrait être intéressant d’introduire ces non-linéarités dans les modèles de simulations numériques utilisés durant la thèse. Cela pourrait peut-être permettre de retranscrire numériquement le caractère vectoriel (les orientations des différents modes) observé expé- rimentalement. Ces modèles non-linéaires pourraient par ailleurs nourrir les modèles existants dans les domaines des cristaux phononiques et métamatériaux, offrant de nouveaux leviers pour la conception de structures présentant des fonctions particulières, notamment en termes d’accordabilité.
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Structures phononiques à ondes de Love pour la biodétection

Structures phononiques à ondes de Love pour la biodétection

Ce manuscrit de thèse a présenté une approche qui consiste à utiliser les structures phono- niques sous formes de piliers dans des capteurs à ondes acoustiques de surface. Ce sujet de thèse pluridisciplinaire, à la fois théorique et expérimental a permis d’explorer différentes thématiques comme la physique des ondes acoustiques et des cristaux phononiques, le fonctionnement des biocapteurs, la science des matériaux et la fabrication en salle blanche. De plus, nous avons pu valoriser ces travaux avec deux revues à comités de lectures et trois conférences internationales. D’abord, nous avons exploré la littérature des capteurs à ondes acoustiques de surface et de la physique des cristaux phononiques ainsi que les perspectives de leur utilisation dans des systèmes de détection (chapitre 1). Cette revue bibliographique nous a permis d’orienter le sujet vers des structures sous forme de piliers qui sont souvent couplées avec les ondes acoustiques de surface. De plus, les piliers présentent l’avantage de pouvoir facilement interagir avec des molécules en suspension dans un fluide. Nous avons enfin choisi de travailler avec un système de ligne à retard utilisant les ondes de Love correspondant à la configuration la plus utilisé des biocapteurs acoustiques. En effet, les ondes de Love ont la particularité de se propager dans le plan du substrat, ce qui limite les interactions entre les ondes et le milieu liquide environnant, et par conséquent réduit les pertes acoustiques dans le liquide.
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Diagrammes de phases thermiques des cristaux liquides en colonnes

Diagrammes de phases thermiques des cristaux liquides en colonnes

Nous presentons a la Figure 11 les diagrammes de phases a temperature critique dans Ie plan J-G pour plusieurs valeurs de Js- On retrouve des resultats identiques a ceux de la Section 3.[r]

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Champ cristallin et spectre optique des ions dans les cristaux

Champ cristallin et spectre optique des ions dans les cristaux

alors que les composantes de la transition ~4.3 -~ 2E ont, à basse température, une largeur de 0,08 cm-1 dans les meilleurs échantillons. Encore pense-t-on [48] que cette largeur est due en majeure partie aux imper- fections des cristaux dont on dispose : au voisinage d’une dislocation, le champ cristallin n’a pas la même valeur que dans le cristal parfait et les raies se trouvent

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Contribution à l’étude de la propagation des ondes lumineuses dans les cristaux photoniques

Contribution à l’étude de la propagation des ondes lumineuses dans les cristaux photoniques

Résumé : Les cristaux photoniques sont des matériaux nano-structurés dont les tailles caractéristiques submicroniques permettent un contrôle sans précédent du confinement de la lumière et rendent possible la miniaturisation des principales fonctions optiques. Justement, cette thèse constitue un ensemble de travaux qui s’appuie sur la conception et le développement de nouveaux composants à base des cristaux photoniques pour le guidage de la lumière et la détection à haute sensibilité en utilisant une méthode qui repose sur la résolution des équations de Maxwell en utilisant la méthode des différences finies dans le domaine temporel bidimensionnel FDTD-2D. Trois types de guides d’onde à cristaux photoniques ont été étudiés. Le premier est un guide droit appelé 1 W crée par l’omission d’une rangée de tiges du cristal photonique, ou la sensibilité est améliorée grâce à l’optimisation de la dimension et de la forme des tiges du cristal photonique et par l’introduction d’une cavité dans la structure. Le deuxième est un interféromètre Mach Zehnder utilisé comme capteur de pression ou nous avons changé la zone de l’application de la pression afin d’améliorer sa sensibilité. Le troisième est un cristal photonique annulaire ou la bande interdite photonique est étudiée. La dépendance de la bande interdite photonique sur l’indice de réfraction des analytes remplissant les trous permet de déterminer la sensibilité du dispositif. Celle-ci a été améliorée par une simple modification dans la conception. Le cristal photonique annulaire proposé peut être utilisé comme indicateur de l’indice de réfraction de tout analyte remplissant les trous dans certaines gammes de fréquences. Ce dispositif peut être aussi utilisé comme un biocapteur dans la gamme de fréquences Térahertz.
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Localisation spatiale de la lumière dans des systèmes à cristaux liquides

Localisation spatiale de la lumière dans des systèmes à cristaux liquides

F0 (x) = F o  1 + A  e −((x−x1) / γ ) 2 + e −((x−x2) / γ ) 2  . (2.5) F o représente la partie continue du champ de pompe. x1 et x2 sont les positions respectives des deux perturbations localisées et γ représente leur demi-largeur à AF o/e. On définit d ini = |x 2 − x 1 | comme étant la distance entre les deux perturbations localisées. Nous intégrons une série de simulations numériques en faisant varier d ini entre 28 µm et 560 µm par pas de 14µm. Nous laissons évoluer le système pour atteindre le régime permanent, où les solitons sont stationnaires. Nous pouvons observer sur la figure 2.9(a), d’une part qu’il existe une distance minimale, X min entre deux solitons et d’autre part, que cette distance X est quantifiée. Cette quantification correspond à la présence d’un nombre entier de rebonds entre les deux structures. Dans le régime transitoire les solitons, pour arriver à cet état d’équilibre, vont soit se rapprocher (Fig. 2.9(b) trait bleu), soit s’éloigner (Fig. 2.9(b) trait rouge) afin de s’ajuster au nombre entier de rebonds le plus proche. On retrouve les résultats numériques et expérimentaux qui ont été publiés dans le cas de la valve à cristaux liquides [ 12 , 167 ]. L’observation de la transformée de Fourier optique d’un état lié de deux solitons [Fig. 2.10(b)] met en évidence une modulation transverse dans le spectre de puissance [ 170 ]. Ceci résulte des interférences entre les deux solitons, qui se comportent comme deux sources ponctuelles cohérentes. L’interfrange de la figure d’interférence nous permet de retrouver la distance, X entre les deux solitons.
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215 En savoir plus

Développement des cristaux liquides stabilisé par des polymères pour les applications en photonique

Développement des cristaux liquides stabilisé par des polymères pour les applications en photonique

For non polymerized région the typical relaxation time (time interval between dashed lines) is 210 ms. To estimate relaxation times for polymerized area we used smaller time scale of [r]

103 En savoir plus

La chimie click au service des cristaux liquides: du concept à l'application

La chimie click au service des cristaux liquides: du concept à l'application

En effet, des phases lamellaires ont été observées pour tous les composés de cette famille, hormis les dérivés de première génération. 109 et 110 présentant uniquement une p[r]

333 En savoir plus

Propriétés optique des cristaux photoniques unidimensionnels périodiques

Propriétés optique des cristaux photoniques unidimensionnels périodiques

Grâce à l’analogie formelle qui existe entre les équations de Maxwell régissant la propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu diélectrique et l’équation de Schrödinger pour les électrons, on peut appréhender les cristaux photoniques avec les outils et les concepts développés en physique du solide. À l'image des électrons dans les semi-conducteurs, les photons y sont répartis en bandes de transmission séparées par des bandes d'énergies interdites. Cette analogie permet d'envisager la réalisation ou la perspective de réalisation de nombreux composants pour stocker, localiser, filtrer ou bien guider la lumière. Le développement de ce nouveau type de matériau a ouvert la voie à un nouveau champ de recherche et à des possibilités d’applications très diverses.
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Cristaux photoniques et plasmoniques, couplage à des émetteurs fluorescents.

Cristaux photoniques et plasmoniques, couplage à des émetteurs fluorescents.

Un matériau optique présentant une périodicité à l'échelle de la longueur d'onde perturbe la propagation lumineuse en son sein de manière analogue à celle des électrons dans un cris- tal [39, 53]. De tels matériaux ou structures sont ainsi appelés des cristaux photoniques. Cette notion a été introduite en 1987 par Eli Yablonovitch [94], qui suggérait alors la possibilité d'ob- server des band gaps photoniques. Il fût aussi le premier à les mettre en évidence expérimen- talement en 1991 [95]. Les propriétés optiques des cristaux photoniques dièrent grandement de celles des matériaux homogènes [64], et peuvent être accordées spectralement en modiant certains paramètres de leurs structures. Les band gaps (ou bandes interdites complètes), par exemple, sont des gammes de fréquences pour lesquelles aucune onde lumineuse n'est capable de se propager dans le milieu. Cette caractéristique permet d'utiliser des cristaux photoniques pour guider la lumière ou la conner dans des pièges [46]. Les cristaux photoniques donnent ainsi accès à un contrôle poussé de la lumière ; leur développement s'est d'ailleurs accompagné d'une meilleure compréhension des phénomènes lumineux.
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Vers la simulation de polymères cristaux liquides auxétiques

Vers la simulation de polymères cristaux liquides auxétiques

INTRODUCTION La recherche de nouveaux matériaux aux propriétés toujours améliorées est un aspect important des nouvelles technologies. L’un des types de matériaux hautes performances attirant l’intérêt est les polymères cristaux liquides. Ces structures combinent les propriétés de ses deux composantes en plus de nouvelles émergentes. Nous n’avons qu’à penser au Kevlar TM , un polymère cristaux liquides qui a eu un impact majeur pour des applications de protection grâce à la synergie entre les connexions entre les mésogènes et leur orientation. Des structures potentiellement plus efficaces sont les matériaux auxétiques, qui montrent la propriété contre-intuitive de s’élargir lorsqu’étirés ou de se densifier lors d’une compression uniaxiale. La densification rend ces matériaux encore plus résistants sous un choc. La plupart des structures auxétiques sont basées sur l’échelle macroscopique ou microscopique (tel que l’alvéole rentrante) et ont le défaut majeur d’être très poreuses. Un mécanisme auxétique moléculaire pourrait diminuer ce problème, cependant aucune molécule organique auxétique n’a été synthétisée jusqu’à présent.
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Découverte de cristaux d'arsénopyrite, à Court-Saint-Etienne

Découverte de cristaux d'arsénopyrite, à Court-Saint-Etienne

On sait que des cristaux d'arsénopyrite beaucoup P u gros ont été rencontrés également dans le cambrien u. Brabant, à quelques kilomètres de Court-St-Etienne, an[r]

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Modélisation des chaînes d'acquisition pour améliorer l'identification des cristaux du LabPET

Modélisation des chaînes d'acquisition pour améliorer l'identification des cristaux du LabPET

Ainsi, l'algorithme de la minimisation du taux d'erreur sera utilisé comme nouvelle étape de calibration pour tous les scanners et les modèles adaptés sur mesure au canal ser[r]

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Synthèse et étude des propriétés de nouveaux cristaux liquides monomériques thermotropes

Synthèse et étude des propriétés de nouveaux cristaux liquides monomériques thermotropes

La séparation est meilleure dans la phase (A) que celle obtenue par la phase (B), pour le couple d’isomère « α- ; β- » ionone, avec le même ordre d’élution pour les deux phases (Annexe 31 et tableau IV.23). L’étude des propriétés séparatrices par CPG des composés finaux des cristaux liquides nous a permis de découvrir leurs qualités analytiques pour séparer un nombre de composés chimiques appartenant à des familles chimiques différentes. A travers cette étude analytique, on peut dire que les deux phases CL (A) et (B) ont pu séparer avec une bonne sélectivité les différentes sondes employées. En particulier les solutés isomères de trois groupes testés tels que les dérivées de benzènes, les composés phénoliques et les composés volatiles aromatiques. La séparation des isomères de composés phénoliques est réalisée dans les phases nématiques des deux cristaux liquides où la phase CL (B) possède une grande plage nématique. Il ressort que ces deux phases possèdent un pouvoir séparateur remarquable vis-à-vis de ces sondes employées et surtout des isomères étudiés.
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Amplification d'impulsions femtosecondes dans des amplificateurs à base de cristaux dopés Ytterbium

Amplification d'impulsions femtosecondes dans des amplificateurs à base de cristaux dopés Ytterbium

La gure III.26 présente les caustiques mesurées pour diérentes tailles de faisceau après un passage dans le milieu amplicateur. Lorsque le faisceau est inférieur à 400 µm de diamètre, il est possible de conserver une bonne qualité spatiale durant la propagation du faisceau sans observation de prols tels que des donuts ou des halos. Au delà, lorsque le diamètre du signal devient équivalent à celui de la pompe, la caustique devient dicile à ajuster par la caustique d'un faisceau gaussien, et on observe également une dégradation du faisceau dans certains plans. Lorsque la taille du signal est plus grande que celle de la pompe, les dégradations sont encore plus importantes et il n'est plus possible de comparer le faisceau à un faisceau gaussien. Mettre en évidence l'impact des eets thermiques sur la qualité de faisceau permet d'orienter le dimensionnement du système et le choix de la taille des modes. Cependant, dénir un facteur de qualité critique sur la forme de ces eets et dénir des valeurs exactes pour lesquelles on peut qualier un faisceau de gaussien ou non gaussien, est plus dicile. L'objectif de cette étude est de faire comprendre que le paramètre M 2 utilisé pour caractériser la propagation d'un faisceau laser a des limites. Les courbes de régression non-linéaire utilisées pour dénir le M 2 partent en général de l'hypothèse que la référence est un faisceau gaussien. Or ici, dans les cristaux longs, il y un fort couplage intensité-phase qui entraine une modication du prol d'intensité et non pas seulement la divergence. C'est pour cela qu'on observe certains "décrochages" de la largeur à 1/e 2 sur la caustique du faisceau. Il est peut être intéressant de dénir un second paramètre "standard" servant à dénir la qualité spatiale d'un faisceau dégradé, comme le rapport de Strehl par exemple.
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Etude optique de cristaux photoniques: opales et cavités 2D

Etude optique de cristaux photoniques: opales et cavités 2D

Nous avons montré que pour un vecteur d'onde k donné, les vecteurs propres sont orthogo- naux entre eux, et la valeur propre ω 0 est obtenue pour le mode dont le champ électrique est le [r]

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