Étude vibrationnelle de nanostructures : vers le développement de nouvelles techniques d’imagerie acoustique à l’échelle nanométrique

Vibrational investigation of nanostructures : towards the development of new acoustic imaging techniques at the nanoscale

• Auteur / Autrice : Ronan Delalande
• Direction : Laurent Belliard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des nanosciences de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Régis Marchiano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Adrien Mante
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélien Crut, Philippe Djemia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanofils

Microscopie à force atomique

Imagerie acoustique

Vibrations

Acoustique picoseconde

Mots clés libres

Acoustique picoseconde

Nanoparticule

Vibrations

Caractérisation élastique

Ondes acoustiques

Nanosources

Sondes AFM

Imagerie acoustique

Picosecond acoustic

Nanoparticles

Vibrations

Acoustic waves

AFM Probe

Acoustic imaging

Résumé

Le développement de nouvelles techniques d’imagerie acoustique présentant une résolution nanométrique nécessite la mise en place de nouvelles stratégies pour la génération et la détection d’ondes. L’une des alternatives possibles, et le sujet central des travaux présentés, est l’utilisation de nanoparticules et nanostructures. Dans un premier temps, une technique d’évaluation des propriétés élastiques d’un nanofil unique est présentée. Elle est notamment utilisée pour suivre les propriétés de nanofils composés d’alliage Or-Argent pour différentes compositions. On s’intéresse ensuite à la réponse vibrationnelle d’une structure basée sur un disque d’or d’épaisseur nanométrique posé sur un cône de silicium. Le processus de fabrication permettant de moduler le contact entre le disque et son support, l’influence du substrat sur les modes du disque est étudié. L’émission d’ondes acoustiques par le disque dans le cône de silicium est également mise en évidence. Enfin, on s’intéresse à la propagation acoustique au sein de sondes AFM. La possibilité d’utiliser de telles structures pour le développement d’une technique de microscopie acoustique est mise en évidence au travers de l’étude des champs réfléchi et transmis lorsqu’une pointe est en contact avec un échantillon.

In order to develop new acoustic imaging techniques with a nanometric resolution new ways to generate and detect acoustic waves have to be investigated. One promising strategy is to use nanoparticles. This is the subject of the work carry out during this PhD. Firstly, a new method allowing to perform the complete elastic evaluation of a single metallic nanowire is introduced. This technique is used for instance to monitor the elastic properties of nanowires made of Silver-Gold alloy with differents proportions. The vibrationnal response of a nano-structure composed of a gold disk exhibiting a nanometric thickness and supported by a silicon micro-cone is then investigated. The fabrication process allowing to obtain structures with different contact area between the disk and its support, the impact of the silicon substrat on the vibration mode of the disk is studied. Acoustic emission with a frequency that can be monitored by a careful design of the structure is also highlighted. Finally, the acoustic propagation in a AFM probe is examined. Investigation of the reflected and transmitted waves when a probe is in contact with a sample show are performed and pave the way to the development of acoustic microscopy.