Changement de réflectivité relative mesuré (R/R0) pour les nanocristaux de silice solides (rouge) et nanoporeux (bleus) compacts. Une modulation claire de la réflectivité est apparente pour les deux, mais avec un amortissement plus important pour ce dernier. Les vibrations cohérentes sont produites à la suite d'une excitation d'impulsion ultrarapide dans les structures en treillis.
Centre pour les utilisateurs de matériaux à l'échelle nanométrique du Toyota Research Institute of North America, en collaboration avec le Groupe Nanophotonique du CNM, ont déterminé que les vibrations acoustiques cohérentes en masse sont fortement amorties par la diffusion à partir de pores nanométriques alignés radialement dans des cristaux hypersoniques de silice colloïdale étroitement emballés. Les modes acoustiques de surface sont beaucoup moins influencés, suggérant de nouvelles façons de manipuler le transport thermique via le contrôle de la propagation des phonons.
Les cristaux hypersoniques ont des structures périodiques de l'ordre du nanomètre et peuvent diffuser de manière cohérente à la fois la lumière visible (photons) et les ondes élastiques (phonons), ce qui en fait un cristal à la fois photonique et phononique. Ce travail fournit des informations sur la façon de mieux comprendre comment la porosité affecterait les propriétés acousto-optiques des cristaux hypersoniques et d'exploiter leurs possibilités pour les applications de guides d'ondes de surface.
La décroissance des vibrations acoustiques a été suivie par spectroscopie pompe-sonde ultrarapide au CNM. Lorsque le cristal phononique se met à vibrer suite à une excitation optique avec une impulsion ultrarapide, les vibrations modulent la bande interdite des phonons et modifient périodiquement l'énergie des phonons se propageant. Les nanocristaux de silice conventionnels ne présentent pas d'effets d'amortissement améliorés. Deux types de modes acoustiques cohérents ont été observés, le mode de propagation en vrac et le mode de surface localisé. Les structures poreuses ont démontré des effets différents sur différents modes de vibrations. Alors que le mode en vrac est fortement amorti en raison de la diffusion des pores de taille nanométrique, le mode de surface est beaucoup moins influencé. L'une des motivations de ce travail était un moyen de manipuler/contrôler le transport thermique via le contrôle de la propagation des phonons. Plus précisement, lorsque le cristal « phononique » se met à vibrer suite à une excitation optique avec une impulsion ultrarapide, les vibrations modulent la bande interdite des phonons et modifient périodiquement l'énergie des phonons pouvant se propager dans le cristal (où cristal =les nanoparticules auto-assemblées).
Image MET de pores nanométriques groupés à l'intérieur d'un cristal hypersonique colloïdal poreux
