Phonon-polaritons/phonons dans les cristaux mixtes à base de ZnSe de structures zincblende et wurtzite : diffusion Raman en avant/arrière, schéma de percolation

par Hamadou Dicko

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Pagès et de Andreï Postnikov.

Le président du jury était Alain Polian.

Le jury était composé de Régine Maillard, Vitor J. B. Torres.

Les rapporteurs étaient Patrick Simon, Maggy Dutreilh-Colas.


  • Résumé

    La diffusion Raman est réalisée dans la géométrie inhabituelle de diffusion « en avant » (fonctionnant schématiquement en ‘mode de transmission’) pour explorer la nature et les propriétés des modes phonon-polaritons (polaires) de divers cristaux mixtes A1-xBxC à base de ZnSe. Un aperçu général est recherché en sélectionnant des systèmes qui se rapportent au même composé parent par souci de cohérence - à savoir ZnSe - mais avec différentes structures cristallines, i.e. de type zincblende (cubique : Zn1-xBexSe, ZnSe1-xSx, ZnxCd1-xSe) et de type wurtzite (hexagonal : Zn1-xMgxSe). Les systèmes retenus englobent toute la panoplie des comportements dans le régime de phonons natifs (non polaires) des phonons-polaritons, y compris les déviations sur-diversifiées [1 × (AB), 2 × (AC)] et sous-diversifiées de 1 × (AB, AC) par rapport au type -nominal [1 × (AB), 1 × (AC)], également dénommées multi-mode, 1-mode-mixte et 2-mode, respectivement, dans la classification admise des spectres Raman classiques de cristaux mixtes obtenus dans la géométrie conventionnelle de rétrodiffusion (fonctionnant schématiquement dans en 'mode réflexion'). La modélisation du contour des spectres Raman phonon-polariton obtenus est réalisée dans le cadre de la théorie de la réponse diélectrique linéaire en se basant sur des mesures d’ellipsométrie de l'indice de réfraction, avec des calculs ab initio en appui réalisés sur des motifs d'impureté prototypes dans les limites diluées (x~0,1), pour sécuriser le jeu réduit de paramètres d'entrée qui régissent le comportement phonon de base (non polaire) des cristaux mixtes étudiés. La discussion des spectres Raman obtenus en rétrodiffusion /avant est effectuée dans le cadre du modèle de percolation développé au sein de l’équipe pour une compréhension renouvelée des spectres optiques de vibration des cristaux mixtes. Ce modèle formalise une vision des choses selon laquelle les liaisons chimiques d'une espèce donnée vibrent à des fréquences différentes dans un cristal mixte selon que leur environnement est de même type ou de type différent à l'échelle très locale (des premiers, voire des seconds voisins). [...]

  • Titre traduit

    Phonon-polaritons/phonons in ZnSe-based mixed crystals of zincblende and wurtzite structure : forward/backward Raman scattering, percolation scheme


  • Résumé

    Inelastic Raman scattering is implemented in the unusual (near-)forward scattering geometry (schematically operating in the ‘transmission mode’) to explore the nature and properties of the (polar) phonon-polariton modes of various ZnSe-based A1-xBxC mixed crystals. An overall insight is searched by selecting systems that relate to the same parent compound for the sake of consistency – namely ZnSe – but with different crystal structures, i.e. of the zincblende (cubic: Zn1-xBexSe, ZnSe1-xSx, ZnxCd1-xSe) and wurtzite (hexagonal: Zn1-xMgxSe) types. Most of all, altogether the retained systems span the full variety of behavior in the native (non polar) phonon regime of the phonon-polaritons, including the over-diversified [1×(A−B),2×(A−C)] and sub-diversified 1×(A−B,A−C) deviations with respect to the nominal [1×(A−B),1×(A−C)] type, also referred to as the multi-mode, 1-mixed-mode and 2-mode types, respectively, in the admitted classification of the conventional Raman spectra of mixed crystals taken in the backscattering geometry (schematically operating in the ‘reflection mode’). Fair contour modeling of the obtained phonon-polariton Raman spectra is achieved within the linear dielectric response theory based on ellipsometry measurements of the refractive index and with ab initio calculations in support done on prototypal impurity motifs in both dilute limits (x~0,1), as needed to secure the reduced set of input parameters that govern the native (non polar) phonon mode behavior of the used mixed crystals. The backward/near-forward Raman spectra are discussed within the scope of the so-called percolation model developed within our group for a renewed understanding of the optical vibration spectra of the mixed crystals. This model formalizes a view that the chemical bonds of a given species vibrate at different frequencies in a mixed crystal depending on their like or foreign environment at the very local (first- or second-neighbor) scale. This introduces a generic 1-bond→2-mode phonon behavior for a mixed crystal, presumably a universal one. The main results enunciate as follows. [...]


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