Mesure Optique et Modélisation des Facteurs de Qualité Vibrationnels de Nano-Objets Individuels
Résumé
La dynamique vibrationnelle des nano-objets a fait l’objet de nombreuses études au cours des vingt dernières années, notamment via des approches optiques permettant la détection de certains de leurs modes de vibration. Ces expériences ont largement clarifié la dépendance des fréquences vibrationnelles vis-à-vis de la taille, la forme, la cristallinité et l'environnement des nano-objets. Cependant, de nombreuses questions restent ouvertes concernant l'amortissement vibrationnel, un processus très sensible aux propriétés interfaciales et intrinsèques des nano-objets (affectant respectivement l'émission d'ondes acoustiques dans l'environnement et les processus d'amortissement intrinsèque), et dont l'étude quantitative requiert des expériences sur des nano-objets individuels. Afin de clarifier la dépendance des facteurs de qualité vibrationnels des nano- objets vis-à-vis de leur morphologie, des études systématiques ont été réalisées sur des nanodisques d'or de diamètre D et d’épaisseur h variables lithographiés sur un substrat de saphir. Les nanodisques individuels ont été détectés et caractérisés optiquement par spectroscopie par modulation spatiale, permettant la sélection des nanodisques les plus circulaires. La spectroscopie optique résolue en temps de ces nanodisques a révélé une dépendance importante des facteurs de qualité des modes acoustiques détectés vis-à-vis du rapport d’aspect D/h des nanodisques, avec une augmentation significative pour certains rapports d’aspect spécifiques. La dynamique vibrationnelle plus complexe de nanodisques de forme légèrement elliptique a également été étudiée. Ces résultats expérimentaux ont été complétés par des simulations acoustiques par éléments finis prenant en compte le substrat supportant les nanodisques. Ces simulations ont conduit à des fréquences proches de celles des modes détectés expérimentalement, permettant d'accéder à leurs champs de déplacement associés. Elles ont également montré que la présence d’un substrat induit des phénomènes d’hybridation entre modes acoustiques dont le résultat le plus spectaculaire est une forte diminution de l'amortissement de certains modes pour des morphologies spécifiques, en accord qualitatif avec les observations expérimentales.