Dynamique de phonons acoustiques cohérents dans des hétérostructures GaAs/AlAs

Coherent acoustic-phonon dynamics in GaAs/AlAs heterostructures

• Auteur / Autrice : Omar Hernán Ortiz Cabello
• Direction : Norberto Daniel Lanzillotti-Kimura, Pascale Senellart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 31/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Juan Ariel Levenson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrea Verónica Bragas, Sebastian Volz, Samuel Raetz, Anthony Kent
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Andrea Verónica Bragas, Sebastian Volz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cavités résonnantes (acoustique)

Nanostructures

Microcavités

Optomécanique

Phonons

Mots clés libres

Spectroscopie pompe-sonde

Cavité adiabatique

Nanophononique

Phonons acoustiques

Résonateurs acoustiques

Diffusion Brillouin dans le domaine temporel

Micropiliers

Pump-probe spectroscopy

Adiabatic cavities

Nanophononics

Acoustic phonons

Acoustic resonators

Time-domain Brillouin scatt

Micropillars

Résumé

Les phonons sont des quasi-particules relativement peu exploitées à des fins d'application, en comparaison avec les électrons ou les photons. Les hétérostructures faites de GaAs/AlAs comme les super-réseaux ont été établies comme une plateforme qui permet l'ingénierie de la propagation et du confinement des phonons acoustiques dans les nanostructures. Dans ce travail, nous introduisons de nouveaux systèmes qui contrôlent la propagation des ondes acoustiques et qui, de plus, nous permettent d'étudier et d'imiter des phénomènes de physique des solides de nature différente. Les super-réseaux offrent également la possibilité d'améliorer la transduction des phonons acoustiques en signaux optiques. De nos jours, il existe une demande pour de nouvelles techniques qui facilitent l'étude expérimentale des dispositifs nanophononiques. Au cours de cette thèse, nous avons étudié expérimentalement des hétérostructures faites de GaAs/AlAs qui contrôlent la propagation de phonons acoustiques cohérents de la dizaine aux centaines de gigahertz. Nous développons de nouvelles techniques expérimentales basées sur l'utilisation de fibres monomodes et la spectroscopie pompe-sonde qui nous permettent d'identifier la présence de phonons cohérents avec une robustesse et une reproductibilité sans précédent.

Phonons are quasi-particles relatively unexploited for application purposes, in comparison with electrons and photons. GaAs/AlAs heterostructures like superlattices have been established as a platform that allows engineering the propagation and confinement of acoustic phonons in nanostructures. In this work, we introduce novel devices that control the propagation of acoustic waves and, furthermore, allow us to study and mimic solid-state physical phenomena of different nature. Superlattices also offer the possibility to enhance the transduction of acoustic phonons into optical signals. Nowadays, there exists a demand for novel techniques that facilitate the experimental study of nanophononic devices. In the course of this thesis, we have experimentally studied nanoengineered GaAs/AlAs heterostructures that control the propagation of coherent acoustic phonons in the tens to hundreds of gigahertz range. We develop novel experimental techniques based on the use of single-mode fibers and pump-probe spectroscopy that allow us to identify the presence of coherent phonons with unprecedented robustness and reproducibility.