Des physiciens et des chimistes utilisent des matériaux mésoporeux pour confiner les des phonons acoustiques à ultra-haute fréquence
Le domaine de la nanophononique, qui progresse rapidement, se concentre sur l'étude des hypersons, des ondes acoustiques de l'ordre du gigahertz au térahertz, à l'échelle nanométrique. Ces vibrations acoustiques à haute fréquence, également connues sous le nom de phonons acoustiques, ont le potentiel de révolutionner diverses industries, notamment la science des matériaux, l'imagerie médicale, le traitement de données et les technologies quantiques. Par exemple, la forte interaction entre les phonons acoustiques, la lumière et les électrons dans la matière à l'échelle nanométrique représente une opportunité importante pour les progrès de l'optoélectronique. Cependant, la manipulation de l'hyperson est difficile en raison notamment des méthodes coûteuses nécessaires pour fabriquer des dispositifs de haute qualité avec des interfaces atomiques plates qui peuvent confiner ces ondes.
Une équipe de chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS, Université Paris-Saclay) dirigée par Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura et Dr. Galo Soler-Illia (Instituto de NanoSistemas, Universidad Nacional de San Martin, Argentine), a relevé ce défi dans un travail expérimental publié dans Photoacoustics (invité à être publié dans le numéro spécial Ultrafast Photoacoustics), en utilisant des films minces mésoporeux pour manipuler l'hyperson. Les matériaux mésoporeux à base de silice et de titane présentent un motif régulier de pores dont la taille est environ dix mille fois plus petite que le diamètre d'un cheveu humain, et reposent sur des méthodes de fabrication abordables. Dans cette étude, les chercheurs ont fabriqué des films minces mésoporeux à l'aide d'un procédé sol-gel. Ils ont ensuite utilisé la spectroscopie laser ultrarapide pour générer, détecter et étudier les propriétés des phonons confinés. "L'élément frappant de ce travail est que, bien que la taille des pores soit comparable aux longueurs d'onde acoustiques, les films minces mésoporeux sont toujours capables de soutenir les vibrations acoustiques", a déclaré Daniel Lanzillotti-Kimura.
L'étude a des implications considérables, et les chercheurs explorent à présent les applications potentielles de leurs résultats. En particulier, les matériaux mésoporeux sont susceptibles d'être infiltrés par des liquides et des gaz, ce qui modifie leurs propriétés optiques et acoustiques. "Notre prochaine étape consistera à explorer la capacité d'infiltration de liquides des matériaux mésoporeux, en vue d'une utilisation dans des applications pratiques, telle que la détection", a déclaré Edson Cardozo de Oliveira, premier auteur de la publication. "Nous pensons que cette recherche conduira au développement de technologies nouvelles et innovantes qui auront un impact significatif sur diverses industries". Les résultats obtenus par l'équipe constituent une contribution importante dans le domaine de la nanoacoustique. La recherche pourrait ouvrir la voie à des développements passionnants à l'avenir.
Références :
Probing gigahertz coherent acoustic phonons in TiO2 mesoporous thin films,
E.R. Cardozo de Oliveira1, C. Xiang1, M. Esmann1,2, N. Lopez Abdala3, M.C. Fuertes4, A. Bruchhausen5, H. Pastoriza5, B. Perrin6, G.J.A.A. Soler-Illia3, N.D. Lanzillotti-Kimura1
Photoacoustics, 30 (2023) 100472
DOI : https://doi.org/10.1016/j.pacs.2023.100472
1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay, 91120 Palaiseau, France
2 Institute for Physics, Carl von Ossietzky University of Oldenburg, 26129 Oldenburg, Germany
3 Instituto de Nanosistemas, Escuela de Bio y Nanotecnologías, Universidad Nacional de San Martín-CONICET, Buenos Aires, Argentina
4 Gerencia Química, Inst. de Nanociencia y Nanotecnología, CNEA-CONICET, Buenos Aires, Argentina
5 Centro Atómico Bariloche, Inst. de Nanociencia y Nanotecnología, CNEA-CONICET, Rio Negro, Argentina
6 Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, INSP, F-75005 Paris, France
Figure : (a) Microscopie électronique à transmission de la couche mince de silice mésoporeuse. Adapté de Phys. Chem. C, 124, 17165 (2020). (b) Schéma d'un résonateur phononique basé sur des matériaux mésoporeux.
