Propriétés optomécaniques, vibrationelles et thermiques de membranes de graphène suspendues

par Cornelia Schwarz

Thèse de doctorat en Physique de la matière condensée et du rayonnement

Sous la direction de Vincent Bouchiat, Olivier Arcizet et de Laëtitia Marty.

Soutenue le 15-01-2016

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Bourgeois.

Le jury était composé de Stéphane Berciaud, Eva Weig.

Les rapporteurs étaient Antoine Heidmann, Philippe Poncharal.

mots clés

• Graphene
• Hybrid systems
• Nano photonique
• Nano électronique
• Optomécanique
• Graphène
• Spectroscopie Raman

Résumé

Le but de la Nano- Opto- Mécanique et Electronic à base de graphène est d'utiliser des membranes de graphène en suspension comme blocs de construction pour aborder le couplage entre l'optique, la mécanique et l'électronique dans ce nouveau matériau. Avec un module d'Young similaire à celui du diamant (1 TPA), le graphène est une membrane extrêmement rigide, légère et mince (epaaisseur de seulement un atome) qui peut supporter son propre poids sans effondrement ou la rupture lorsqu'il est suspendu. Ces membranes, intégrées dans des dispositifs mécaniques, peuvent être actionnés à partir de DC jusqu'à des fréquences de vibration mécaniques très élevées (GHz). En outre, le graphène est un gaz d'électrons 2D exposé pour lequel une porte électrostatique tunes considérablement la densité de porteurs de charge et ses propriétés optiques. Last but not least, il offre une architecture unique pour effectuer la fonctionnalisation physico-chimiques et obtenir des matériaux hybrides combinant les propriétés particulières des espèces chimisorbées avec ceux du graphène.

mots clés

• Graphene
• Hybrid systems
• Nanophotonics
• Nano electronics
• Optomechanics

Titre traduit

Optomechanical, vibrational and thermal properties of suspended graphene membranes

Résumé

The aim of the Graphene Nano- Opto- Mechanics and Electronics is to use suspended graphene membranes as building blocks to address the coupling of optics, mechanics and electronics in this novel material. With a Young modulus similar to that of diamond (1 TPa), graphene is an extremely stiff, light and atomically thin membrane that can withstand its own weight without collapsing or breaking when suspended. Such membranes, integrated as mechanical devices, can be actuated from DC up to very high mechanical vibration frequencies (GHz). Moreover, graphene is an exposed 2D electron gas for which an electrostatic gate dramatically tunes the charge carrier density and its optical properties. Last but not least, it provides a unique architecture to perform physico-chemical functionalization and obtain hybrid materials combining the peculiar properties of adsorbed and chemisorbed species with the graphene ones.