Resonant Raman-Brillouin scattering in semiconductor and metallic nanostructures : from nano-acoustics to acousto-plasmonics

par Nicolas Large

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Adnen Mlayah et de Javier Aizpurua.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 en cotutelle avec l'Universidad del País Vasco .

  • Titre traduit

    Diffusion Raman-Brillouin résonante dans les nanostructures semiconductrices et métalliques : de la nano-acoustique à l'acousto-plasmonique


  • Résumé

    Ce travail est axé sur l'étude des propriétés optiques de nanostructures semiconductrices et métalliques par le biais des processus de diffusion inélastique de la lumière par les vibrations acoustiques (VA) basses fréquences [Raman-Brillouin (RB)]. Les nanostructures semiconductrices possèdent des états électroniques confinés qui sont impliqués dans ce processus de diffusion. Les nano-objets métalliques, lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique externe, supportent quand à eux des modes d'oscillation collective des électrons de conduction (plasmons). Lors de la diffusion RB, ces plasmons sont des intermédiaires lors du processus d'absorption ou d'émission des VA. L'étude des interactions entre les VA et les excitations électroniques (excitons et plasmons) nous renseignent sur les propriétés optiques et vibrationnelles de ces nano-objets. De nouveaux concepts physiques sont introduits pour l'interprétation des processus de diffusion RB. Ainsi, une densité électronique effective, responsable de la diffusion RB dans les semiconducteurs, et une pression responsable du processus de diffusion dans les métaux sont introduites pour la première fois comme outils d'interprétation avancés des processus de diffusion inélastique de la lumière par les VA. Le concept d'acousto-plasmonique est également introduit pour la première fois afin de décrire la modulation des propriétés plasmoniques des nano-objets métalliques par les VA. Ces concepts et les méthodes numériques utilisées (BEM, DDA, FDTD) ont permis de décrire des effets physiques fins tels que d'importants décalages vers le rouge de résonances plasmons ou l'observation inattendue de certaines VA en spectroscopie RB.


  • Résumé

    This work is devoted to the study of the optical properties of semiconductor and metallic nanostructures. The inelastic light scattering by low frequency acoustic vibrations (AV), called Raman-Brillouin (RB) scattering, gives access to such properties. The confined electronic states of semiconductor nanostructures are involved in the RB scattering as an intermediary. When applying an external electric field, metallic nano-objects sustain collective oscillation modes of the free electron gas (plasmons) which also act as an intermediary during the emission and the absorption of low frequency AV in the RB scattering process. The understanding of the interaction between the AV and the electronic excitations (excitons or plasmons) gives direct information on the optical and vibrational properties of those nano-objects. New physical concepts are introduced as theoretical tools for the interpretation of the RB scattering in semiconductors and metals. An effective electronic density, responsible for the RB scattering in semiconductors, is here introduced for the first time as new advanced theoretical tool for the interpretation of the inelastic light scattering processes by low frequency AV. The concept of acousto-plasmonics is also introduced for the first time to study and describe the modulation of the plasmonic properties of metallic nano-objects by the AV. These concepts and the numerical methods used in this work (BEM, DDA, FDTD) allowed to interpret fine physical effects such as significant spectral red-shifts of plasmons resonances and unexpected observations of AV by RB spectroscopy.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-163

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0211
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.