Thématiques de recherche

Les recherches menées dans le groupe sont regroupées en 3 grands thèmes présentant des liens forts.

  1. Le groupe est particulièrement connu pour ses recherches sur les cristaux phononiques, notamment pour les aspects théoriques ainsi que pour les réalisations dans le domaine ultrasonore et pour les ondes élastiques de surface. Nous étudions également les résonances locales et des métamatériaux acoustiques.
  2. Nous nous intéressons aux microscopies à sondes locales, particulièrement pour la thermique et la métrologie des vibrations des MEMS. Nous développons des systèmes de métrologie adaptés aux cristaux phononiques hypersonores ainsi qu'à la métrologie dynamique des phénomènes thermiques et acoustiques.
  3. Enfin, nous travaillons sur les cristaux phoxoniques (c'est à dire les cristaux simultanément phononiques et photoniques) et les interactions photon-phonon (entre lumière et son).

1. Cristaux phononiques et métamatériaux acoustiques

Le groupe est particulièrement actif dans la compréhension de la physique des cristaux phononiques, sur le plan théorique et expérimental. Nous fabriquons des cristaux phononiques de différents types et à différentes échelles, couvrant le spectre des ondes sonores (dans l'air), acoustiques (dans l'eau) et élastiques (dans les solides). Nous considérons en particulier les systèmes suivants.

  • Cristaux phononiques hypersonores : composés d'un réseau périodique de trous ou de piliers, ils ont des applications intéressantes pour le traitement du signal dans la gamme des télécommunications sans fil (100 MHz - 5 GHz).
  • Cristaux phononiques à résonances locales : ils permettent d'introduire des bandes interdites à des fréquences basses, par exemple pour réaliser de nombreux paradigmes des métamatériaux acoustiques.
  • Cristaux phononiques ultrasonores : de réalisation et d'interrogation relativement simple, ils fonctionnent à des fréquences autour de 1 MHz pour des cristaux immergés dans l'eau.
  • Métamatériaux acoustiques : au delà des aspects théoriques, nous concevons des structures présentant une opacité acoustique à très large bande.

Nous proposons des pages expliquant les cristaux phononiques ici.

Quelques exemples de cristaux phononiques. (gauche) Cristal "en nid d'abeille" de trous réalisés dans une plaquette de silicium ; la période est de l'ordre de 5 microns. (centre) Cristal à réseau carré de piliers de nickel électroformés sur une plaquette de niobate de lithium. (droite) Cristal ultrasonore de tiges d'acier alignées à l'aide de plaques percées par laser ; la période est de l'ordre de 3 mm.

 

2. Microscopies à sondes locales et instrumentation

Nous travaillons sur la microscopie thermique à sonde locale. Nos travaux sont axés sur le développement et la mise en œuvre d’un nouveau microscope thermique à base de micro-thermocouples et sur la quantification des mesures thermiques. Par ailleurs, pionniers de la microscopie à modulation de force, nous développons de nouvelles formes géométriques pour les leviers utilisés en microscopie à force atomique et les mesures multimodales (couplages thermiques et acoustiques par exemple).

Nous développons une plateforme de métrologie thermique et acoustique aux courtes échelles de temps et d’espace (utilisant un laser femtoseconde). Cet instrument permet de mesurer la dynamique thermique et acoustique d'échantillons homogènes ou nanostructurés.

Propagation des ondes élastiques à la surface d'un échantillon plan de silicium recouvert d'une couche de tungstène épaisse de 100 nm. L'acquisition temporelle capture les 6 premières nanosecondes de l'existence des ondes, immédiatement après l'impact laser. (Avec l'aimable permission de Guillaume Dodane, © 2015)

 

3. Cristaux phoxoniques et interactions photon-phonon

Nous avons proposé le concept des bandes interdites photoniques et phononiques simultanées dès 2005, dans le contexte des fibres photo-phononiques. Nous avons depuis largement développé ce concept des cristaux phoxoniques qui ont le potentiel d'exalter les interaction entre lumière et son.

Nous développons des modèles théoriques pour décrire les interactions opto-acoustique dans les fibres optiques (effets Brillouin), en collaboration avec l'équipe Optique Non Linéaire du département FEMTO-ST/Optique.

Animation des vibrations d'une fibre photonique microstructurée supportant la propagation d'une onde élastique guidée (phonon acoustique). Le diamètre du coeur est de l'ordre d'un micron. La fréquence d'oscillation de l'onde est d'environ 5.9 GHz.