building BALSEIRO
institution Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (CNEA)
id BALSEIRO--oai:ricabib.cab.cnea.gov.ar:80
author Lanzillotti Kimura, Norberto D.
spellingShingle Lanzillotti Kimura, Norberto D.
FÍSICA
NANOTECNOLOGÍA
ACOUSTICS
ACÚSTICA (CIENCIA)
PHONONS
FONONES
ACOUSTIC PHONON
FONONES ACÚSTICOS
NANOMETRIC MULTILAYERS
MULTICAPAS NANOMÉTRICAS
Dinámica de fonones acústicos en multicapas nanométricas
Los fonones acústicos juegan un rol esencial en las propiedades electrónicas y optoelectrónicas de los sólidos, y en particular de los semiconductores. Mediante su control coherente, lo cual constituye el tema central de esta tesis, podrían ser usados en nanoscopios basados en hipersonido, para procesar información, y para controlar luz y carga en la nanoescala y a ultra-altas frecuencias. La ingeniería de nuevos dispositivos para manipular y controlar vibraciones acústicas en sólidos es un tema de actualidad que será crucial para el desarrollo de aplicaciones en nanofonónica. La motivación de este trabajo consiste en desarrollar y estudiar dispositivos capaces de controlar la dinámica de fonones acústicos con frecuencias de GHz-THz y longitudes de onda de nanometros, que permitan evidenciar nuevos fenómenos físicos y aplicaciones. La Tesis presenta un estudio tanto experimental como teórico de la dinámica de fonones acústicos en multicapas especíıficamente diseñadas a la escala nanométrica por dispersión Raman y por generación coherente de fonones acústicos con láseres ultra-rápidos. Para el análisis y diseño de los sistemas estudiados, desarrollamos modelos que nos permitieron calcular las respuestas ópticas y acústicas de estructuras excitadas por pulsos láser ultracortos, y evaluar la sección eficaz Raman en las multicapas estudiadas. En primer lugar, estudiamos la dinámica de fonones acústicos de ultra-alta frecuencia (rango GHz-THz) en superredes y nanocavidades. Mediante experimentos de transmisión acústica demostramos los efectos de confinamiento tanto en el dominio frecuencial como en el dominio temporal. Analizamos también el desempeño de las superredes y nanocavidades como generadores y detectores de fonones acústicos coherentes orientados a la monocromaticidad. Finalmente, introduciendo una película metálica en una nanocavidad acústica demostramos que es posible amplificar o inhibir la generación o emisión de fonones desde la película metálica hacia el sustrato, de forma análoga al efecto Purcell estudiado en el contexto del electromagnetismo. Variando los espesores de un arreglo periódico cambian sus características de reflectividad. Basados en este principio, diseñamos, optimizamos y caracterizamos dispositivos fonónicos aperiódicos. Utilizando el método de optimización multivariable Nelder-Mead diseñamos filtros y espejos basados en multicapas aperiódicas. Realizamos un estudio experimental mediante dispersión Raman de tres dispositivos de hipersonido, y comparamos estos resultados con simulaciones realizadas utilizando un modelo fotoelástico. Fue posible reproducir las características principales de los espectros experimentales, dando cuenta de las potenciales aplicaciones de caracterización de muestras complejas mediante dispersión Raman de alta resolución. Asimismo, realizamos experimentos de transmisión de hiper- sonido utilizando técnicas de acústica de picosegundos, y validamos experimentalmente el concepto de filtros optimizados, evidenciando también el rol del transductor metálico utilizado y de la superficie libre en la respuesta del filtro. Por otro lado, propusimos el uso de microcavidades ópticas en experimentos de generación coherente de fonones acústicos con el fin de modificar la generación óptica de hipersonido, y en particular para amplificar las señales. Usando como estructura modelo una microcavidad óptica cuyo espaciador está formado por una nanocavidad acústica, evidenciamos los efectos de las resonancias electrónicas, ópticas y acústicas en el dominio espectral, mediante experimentos de dispersión Raman, y en el dominio temporal mediante experimentos de acústica de picosegundos. Observamos una amplificación de las señales asociada al comportamiento resonante del campo eléctrico dentro de la cavidad, y un cambio de las reglas de selección debido al carácter estacionario del mismo dentro del espaciador óptico. Analizamos tanto experimental como teóricamente por separado el efecto del confinamiento en la generación y en la detección de los fonones coherentes. La generación resulta máxima cuando se sintoniza resonantemente la energía del láser con el modo ’optico de cavidad, mientras que la detección se maximiza sintonizando al láser con las regiones de máxima derivada de la reflectividad óptica de la estructura. Con el fin de lograr la máxima amplificación óptica posible, y extendiendo conceptos estudiados en el contexto de la dispersión Raman, propusimos y demostramos la doble amplificación óptica, que consiste en elegir apropiadamente los ángulos de incidencia de los haces pump y probe de manera que ambos procesos, generación y detección, se encuentren en condición de máxima amplificación para la longitud de onda de trabajo. Finalmente realizamos un estudio teórico y experimental de las características del acoplamiento entre dos nanocavidades acústicas, y la influencia de las distintas variables de diseño. Demostramos una “molécula fonónicaçonstituída por dos cavidades acopladas, y observamos el desdoblamiento de los modos confinados a través de experimentos Raman de alta resolución. Incrementando el número de cavidades acopladas, identificamos los parámetros relevantes de estas estructuras, estableciendo las bases de una ingeniería de sistemas complejos basados en cavidades acústicas acopladas. Uno de los resultados más relevantes es la demostración experimental de la existencia de oscilaciones de Bloch y estados de Wannier-Stark de fonones acústicos en estructuras formadas por nanocavidades acopladas.
http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/80/
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contents Los fonones acústicos juegan un rol esencial en las propiedades electrónicas y optoelectrónicas de los sólidos, y en particular de los semiconductores. Mediante su control coherente, lo cual constituye el tema central de esta tesis, podrían ser usados en nanoscopios basados en hipersonido, para procesar información, y para controlar luz y carga en la nanoescala y a ultra-altas frecuencias. La ingeniería de nuevos dispositivos para manipular y controlar vibraciones acústicas en sólidos es un tema de actualidad que será crucial para el desarrollo de aplicaciones en nanofonónica. La motivación de este trabajo consiste en desarrollar y estudiar dispositivos capaces de controlar la dinámica de fonones acústicos con frecuencias de GHz-THz y longitudes de onda de nanometros, que permitan evidenciar nuevos fenómenos físicos y aplicaciones. La Tesis presenta un estudio tanto experimental como teórico de la dinámica de fonones acústicos en multicapas especíıficamente diseñadas a la escala nanométrica por dispersión Raman y por generación coherente de fonones acústicos con láseres ultra-rápidos. Para el análisis y diseño de los sistemas estudiados, desarrollamos modelos que nos permitieron calcular las respuestas ópticas y acústicas de estructuras excitadas por pulsos láser ultracortos, y evaluar la sección eficaz Raman en las multicapas estudiadas. En primer lugar, estudiamos la dinámica de fonones acústicos de ultra-alta frecuencia (rango GHz-THz) en superredes y nanocavidades. Mediante experimentos de transmisión acústica demostramos los efectos de confinamiento tanto en el dominio frecuencial como en el dominio temporal. Analizamos también el desempeño de las superredes y nanocavidades como generadores y detectores de fonones acústicos coherentes orientados a la monocromaticidad. Finalmente, introduciendo una película metálica en una nanocavidad acústica demostramos que es posible amplificar o inhibir la generación o emisión de fonones desde la película metálica hacia el sustrato, de forma análoga al efecto Purcell estudiado en el contexto del electromagnetismo. Variando los espesores de un arreglo periódico cambian sus características de reflectividad. Basados en este principio, diseñamos, optimizamos y caracterizamos dispositivos fonónicos aperiódicos. Utilizando el método de optimización multivariable Nelder-Mead diseñamos filtros y espejos basados en multicapas aperiódicas. Realizamos un estudio experimental mediante dispersión Raman de tres dispositivos de hipersonido, y comparamos estos resultados con simulaciones realizadas utilizando un modelo fotoelástico. Fue posible reproducir las características principales de los espectros experimentales, dando cuenta de las potenciales aplicaciones de caracterización de muestras complejas mediante dispersión Raman de alta resolución. Asimismo, realizamos experimentos de transmisión de hiper- sonido utilizando técnicas de acústica de picosegundos, y validamos experimentalmente el concepto de filtros optimizados, evidenciando también el rol del transductor metálico utilizado y de la superficie libre en la respuesta del filtro. Por otro lado, propusimos el uso de microcavidades ópticas en experimentos de generación coherente de fonones acústicos con el fin de modificar la generación óptica de hipersonido, y en particular para amplificar las señales. Usando como estructura modelo una microcavidad óptica cuyo espaciador está formado por una nanocavidad acústica, evidenciamos los efectos de las resonancias electrónicas, ópticas y acústicas en el dominio espectral, mediante experimentos de dispersión Raman, y en el dominio temporal mediante experimentos de acústica de picosegundos. Observamos una amplificación de las señales asociada al comportamiento resonante del campo eléctrico dentro de la cavidad, y un cambio de las reglas de selección debido al carácter estacionario del mismo dentro del espaciador óptico. Analizamos tanto experimental como teóricamente por separado el efecto del confinamiento en la generación y en la detección de los fonones coherentes. La generación resulta máxima cuando se sintoniza resonantemente la energía del láser con el modo ’optico de cavidad, mientras que la detección se maximiza sintonizando al láser con las regiones de máxima derivada de la reflectividad óptica de la estructura. Con el fin de lograr la máxima amplificación óptica posible, y extendiendo conceptos estudiados en el contexto de la dispersión Raman, propusimos y demostramos la doble amplificación óptica, que consiste en elegir apropiadamente los ángulos de incidencia de los haces pump y probe de manera que ambos procesos, generación y detección, se encuentren en condición de máxima amplificación para la longitud de onda de trabajo. Finalmente realizamos un estudio teórico y experimental de las características del acoplamiento entre dos nanocavidades acústicas, y la influencia de las distintas variables de diseño. Demostramos una “molécula fonónicaçonstituída por dos cavidades acopladas, y observamos el desdoblamiento de los modos confinados a través de experimentos Raman de alta resolución. Incrementando el número de cavidades acopladas, identificamos los parámetros relevantes de estas estructuras, estableciendo las bases de una ingeniería de sistemas complejos basados en cavidades acústicas acopladas. Uno de los resultados más relevantes es la demostración experimental de la existencia de oscilaciones de Bloch y estados de Wannier-Stark de fonones acústicos en estructuras formadas por nanocavidades acopladas.
series http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/80/
url http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/80/1/1Lanzillotti-Kimura.pdf
format Tesis
genre Tesis
genre_facet Tesis
era 2009
era_facet 2009
publishDate 2009-05
_version_ 1670349924742463488
score 13,179736