Etude opto-électronique des mécanismes de relaxation des électrons de haute énergie dans les hétérostructures en graphène

Optoelectronic study of relaxation mechanisms of high energy electrons in graphene heterostructures

• Auteur / Autrice : Simon Berthou
• Direction : Christophe Voisin, Bernard Plaçais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 08/06/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pierre Aigrain (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Matteo Calandra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Voisin, Bernard Plaçais, Matteo Calandra, Stéphane Berciaud, Adrian Bachtold, Annick Loiseau, Carlo Sirtori
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Berciaud, Adrian Bachtold

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phonons

Relaxation, Phénomènes de

Thermométrie

Électrons de haute énergie

Diélectriques

Phonons

Électrons

Interactions électron-phonon

Graphène

Mots clés libres

Haute énergie

Hyperbolique

Zener Klein

Couplage

Substrat

High energy

Hyperbolic

Zener Klein

Coupling

Substrate

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions le couplage électron-phonon dans le graphène, et en particulier l’influence du substrat. Il s’agit de quantifier par des mesures opto-électroniques le couplage des électrons avec les modes de phonons du substrat, que ce soit les modes de phonons polaritons de surface (SPP) pour les substrats isotropes comme le SiO2 ou les modes de phonons polaritons hyperboliques pour les substrats fortement anisotropes comme le h-BN. Pour ce faire, nous commençons par une revue générale du couplage électron-phonon dans le graphène avant de détailler les différentes méthodes expérimentales utilisées durant la thèse. Puis, nous détaillons les différents régimes de couplage pour un échantillon de graphène sur SiO2 et nous mettons en évidence la nécessité d’étudier des substrats ultra-propres. Nous présentons enfin les résultats obtenus pour un échantillon de graphène sur h-BN dans lequel nous mettons en évidence, en plus du couplage aux HPP,un régime de couplage nouveau qui consiste en l’émission de phonons-polaritons hyperboliques dans un régime d’effet tunnel Zener-Klein

In this thesis we study the electron-phonon coupling in graphene and in particular theinfluence of the substrate in the aforementioned coupling. We want to quantify by optoelectronicalmeasurements the coupling between the phonon modes of the substrate. It might be the couplingwith Surface Phonon Polaritons (SPPs) in case of isotropic substrates as SiO2 or Hyperbolic PhononPolaritons (HPPs) in case of highly anisotropic substrates. We start by a review about the state of theart on electron phonon coupling in graphene. Then we introduce the different experimental methodsused during this thesis. We present experimental results on an graphene on SiO2 sample. We identifythe different coupling regimes and point out the necessity of working on ultra clean samples toinvestigate the high energy regimes. Finally we prensent experimental results on a graphene on BNsample where we identify a new coupling regime consisting in HPP emission in a Zener-Klein transportregime