Cette thèse est consacrée à l'étude des modes acoustiques de nanostructures en réseaux. Les fréquences de vibration de nanostructures se situent dans la gamme hypersonore (1 GHz-1 THz). Leur organisation en réseau de pas sub-micronique implique l'existence de modes acoustiques collectifs dans cette même gamme de fréquences. L'objet de ce travail est la mise en évidence de ces modes. Nous avons utilisé la lithographie électronique pour réaliser des réseaux à deux dimensions de nano-cubes métalliques. Leurs vibrations ont été résolue en temps par acoustique picoseconde. Cette technique de pompe-sonde optique permet d'exciter et de détecter des ondes acoustiques de fréquences hypersonores. Deux catégories de modes acoustiques ont été mises en évidence. Les modes individuels de vibration des cubes et les modes collectifs d l'ensemble. Les modes collectifs sont étudiés dans des séries de réseaux de différents pas. Leur propagation a lieu dans le plan des réseaux suivant un ensemble discret de vecteurs d'ondes. Un modèle analytique permet de reproduire leur fréquence en fonction des paramètres géométriques et élastiques du système. Enfin la détection de ces modes relève d'un mécanisme inédit, probablement lié à l'excitation de plasmons de surface dans l'échantillon / This thesis is devoted to the study of the acoustic modes of nanostructures ordered as lattices. The vibration's frequencies of nanostructures are in the hypersonic range (1 GHz-1 THz). Their lattice organization with sub-micronic repetition step leads to collective acoustic modes in the same frequency range. This works aims to demonstrate these modes. We used electronic lithography to fabricate two dimensionnal lattices of metallic nano-cubes. Their vibrations we time-resolved by picosecond ultrasonics. This optical pump-probe technique can excite and detect acoustic waves at hypersonic frequencies. Two kinds of acoustic modes were demonstrated. The proper modes of the cubes and the collective modes of the whole assembly. Collective modes are studied in lattices sets of various repetition step. They propagate in the lattices plane with a discrete set of wavevectors. An analytical model can explain their frequency as a function of the system's geometric and elastic parameters. Eventually the detection of these modes is due to a new mechanism, probably linked to the excitation of surface plasmons at the sample surface.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la génération d'ondes acoustiques hautes fréquences par des nanostructures grâce à une impulsion lumineuse ultra-brève. Plus une onde acoustique a une fréquence élevée, plus elle est sensible à de faibles variations au sein du matériau qu'elle traverse. La montée en fréquence va donc permettre l'étude des propriétés acoustiques et mécaniques d'objets de plus en plus petit. L'objet de ce travail est l'étude par acoustique picoseconde de nanostructures permettant la génération d'ondes acoustiques, de surface ou longitudinales, de très hautes fréquences.Afin de pouvoir générer des ondes acoustiques de surface, nous avons étudié les vibrations de réseaux de nanostructures organisées. Un modèle a été mis en place permettant d'étudier ces vibrations collectives et leurs liens avec la génération d'ondes acoustiques de surface. Grâce à ce modèle, nous avons mis au point une méthode de caractérisation mécanique complète de films minces. Nous avons appliqué cette technique à différents matériaux et dans différentes conditions.Les boîtes quantiques ont été utilisées pour réaliser la génération d'ondes acoustiques longitudinales hautes fréquences. La démonstration de la génération d'ondes acoustiques par des boîtes quantiques a été réalisée dans différentes matériaux, puis nous avons mis au point un modèle capable de prédire les conditions expérimentales pour la détection d'ondes acoustiques dont les fréquences dépassent le terahertz. / This thesis is devoted to the study of the generation of high frequency acoustic waves by nanostructures using ultra-short laser pulses. The higher the frequency of an acoustic wave, the more sensitive it is to small changes inside the material it is propagating in. Reaching higher frequencies will allow the study of the elastic and mechanical properties of smaller structures. The aim of this work is the study by the picosecond ultrasonics technique of nanostructures that enable the generation of high frequency surface or bulk acoustic waves. In order to realize the generation of surface acoustic waves, we studied the vibrations of lattices of organized nanostructures. A model has been established to study those collective vibrations and their links to the generation of surface acoustic waves. Thanks to this model, we developed a method to realize the complete mechanical characterization of thin films. We applied this technique to various materials in different conditions.Quantum dots have been used to realize the generation of high-frequency bulk acoustic waves. The demonstration of the acoustic wave generation by quantum dots has been performed in numerous materials, then we developed a model able to foresee the experimental conditions that made the detection of acoustic waves with frequencies higher than one terahertz possible.

L'utilisation des cristaux de saphir dopé Titane de grande dimensions au sein des chaînes laser ultra-rapides de fortes puissance crêtes rend cruciale la problématique de l'endommagement laser de ces cristaux. Les travaux présentés ici ont pour but de quantifier le seuil d'endommagement des cristaux de Titane : Saphir sous irradiation femtoseconde, picoseconde et nanoseconde, régimes d'interaction qui sont représentatifs à la fois des conditions rencontrées dans les chaînes laser et des régimes d'interaction laser matière distincts. De plus, l'influence de paramètres propres à l'utilisation des cristaux tels que la cryogénie, les traitements anti-reflets ou le type de pompage optique (impulsion temporellement monomode ou non) est ensuite étudiée. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement et d'identifier les paramètres clés qui devront être optimisés dans les futures chaînes laser ultra-rapides de fortes puissances crêtes. / The use of large Ti:Sapphire crystals in ultra fast high peak power laser amplifiers makes crucial the problem of crystal laser induced damage. These works aim to qualify the laser induced damage threshold of Ti:Sapphire crystals under femtosecond, picosecond and nanosecond laser pulse irradiations, which are typically encountered in such laser chains and representative of laser matter interaction regimes. Furthermore, the influence of parameters peculiar to Ti:Sapphire crystals use in laser systems, such a cryogenic conditions, anti-relection coatings, or optical pumping kind (temporally monomode or multimode pulses), has been performed. The results are important to understand the mechanisms leading to the damage, and to reveal the key parameters which will have to be optimized in future high peak power laser chains.

Ce travail porte sur l'excitation et la détection d'ultrasons dans des multicouches métalliques en acoustique picoseconde afin d'engendrer des ondes de hautes fréquences (jusqu'au THz) pour pouvoir éventuellement les émettre dans un matériau. Nous avons développé des modèles permettant de calculer les réponses optiques et acoustiques de structures excitées par des impulsions lasers ultrabrèves. D'une part, nous avons étudié les effets d'interface à l'origine de l'anomalie élastique dans certains systèmes multicouches et nous avons montré que l'adoucissement observé dans les systèmes Mo/Ni est dû à des alliages interfaciaux épais de 1,3 nm. D'autre part, l'étude des multicouches périodiques a permis d'expliciter les processus d'excitation et de détection de modes résonnants dans des bandes de fréquences interdites. Enfin, nous avons réalisé une expérience de transmission à travers un substrat épais et montré qu'on pouvait transmettre des fréquences supérieures à 200 GHz.

Dans ce mémoire, j'étudie la physique des milieux denses, plasmas ou solides, en utilisant la spectroscopie d'absorption de rayonnement X. Au moyen de sources produites par interaction laser-matière, nous avons mesuré les spectres d'absorption de plasmas d'aluminium et brome, ainsi que ceux du dioxyde de vanadium (VO2). Les mesures des co-efficients d'absorption permettent de sonder la matière dense et d'étudier ses propriétés. Les expériences sont réalisées suivant le même principe : elles utilisent un schéma expérimental identique, appelé pompe-sonde. Lorsque que la matière est dense, l'absorption d'un atome est modifiée par le milieu environnant. Dans un plasma, ce sont principalement les transitions lié-lié qui sont influencées : les profils des raies spectrales sont modifiés. Dans un solide, les positions des atomes voisins de l'atome absorbeur modifient la structure des seuils d'absorption (transition lié-libre). L'étude de cette structure permet de mesurer les paramètres du matériau, et donne des informations comme l'état des bandes électroniques ou encore les distances interatomiques. Les expériences réalisées au LULI ont permis de sonder des plasmas dans le régime mal connu de la Warm Dense Matter. Un des paramètres clés, est que le plasma est caractérisé de manière indépendante (diagnostic FDI). Cela permet une meilleure comparaison de l'absorption mesurée avec un calcul réalisé avec le modèle numérique OPA-S. Les expériences réalisées à l'INRS ont mené à la réalisation d'un système expérimental ayant les caractéristiques permettant l'étude de la dynamique de solides présentant des transitions de phase ultra- rapide. Pour cela, nous avons utilisé le dioxyde de vanadium comme système modèle permettant de tester la faisabilité de la méthode.

Cette thèse a été réalisée pour le labo-commun ST-IEMN, dans le cadre du projet industriel de STMicroelectronics visant à réaliser des résonateurs à ondes acoustiques de volume (BAW : Bulk Acoustic Wave) pour des applications de fitrage RF. A l'instar du quartz, le BAW exploite la résonance du mode d'épaisseur d'une couche piézoélectrique comprise entre deux électrodes. Pour le passage en production de ces composants le contrôle de la fréquence est un défi à relever, et il passe par une connaissance précise des paramètres mécaniques du dispositif. Pour cela, nous exploitons une technique expérimentale permettant de caractériser acoustiquement des empilements de matériaux en couches minces: l'acoustique picoseconde. Nous avons développé la particularité du montage de l'IEMN : l'accordabilité en longueur d'onde. A partir de cette spécificité, des études plus fondamentales ont donné lieu à l'élaboration de protocoles expérimentaux permettant d'augmenter le nombre de caractéristiques mesurables par acoustique picoseconde. L'exploitation de ces protocoles pour la caratérisation des matériaux liés au BAW nous a permis d'enrichir une base de données des paramètres nécessaires à la modélisation et à la conception des dispositifs. D'autre part, nous avons développé des méthodes d'analyse d'empilements complexes, qui ont pu ètre testées sur la version industrielle de la technique d'acoustique picoseconde. Nous avons finalement défini un protocole de suivi de procédé de réalisation des BAW, basé sur une métrologie par acoustique picoseconde / This PhD has been realized for the ST-IEMN Lab, in the frame of an industrial development at STMicroelectronics on Bulk Acoustic Wave (BAW) resonators. The operating principle of a BAW is based on the excitation of the thickness mode of a piezoelectric layer sandwiched between two electrodes. The control of the frequency is a challenging question for the mass production of such components, and requires a precise control of mechanical properties of the device. ln this work, we use an original experimental technique that enables the acoustic characterization of thin films stacks : colored picosecond ultrasonics. We particularly develop the specificity of the IEMN setup : the wavelegth tunability. Through fundamental studies we set up protocols and thus, increase the number of parameters that can be measured with the technique. This work enables us to feed a database ofparameters needed for the design and the modeling of the devices. We also work on complex stacks characterization, a part of the methods has been tested on the industrial version of picosecond ultrasonics. Finally we propose a metrological srategy, based on picosecond ultrasonics, in orde to assist the process of BAW resonators.

L’utilisation de composés organiques comme matériaux actifs représente la prochaine génération technologique. Ils permettent notamment un procédé de fabrication moins cher,de grands rendements de production ainsi que la capacité d’employer des supports souples.Ce travail présente le développement d’une technique de transfert reposant sur l’ablation laser pour le dépôt fonctionnel de films minces localisé de matériaux organiques et inorganiques en phase liquide ou solide dans le but de fabriquer des transistors à films minces organiques (OTFT).La technique de dépôt est basée sur le LIFT (laser-induced forward transfer), dont le principe de fonctionnement implique que le matériau à transférer soit préalablement préparé sur un substrat transparent. Le matériau est irradié à travers ce dernier par une impulsion laser, déclenchant l’ablation et l’éjection de la matière du substrat. Le matériau éjecté est alors recueilli sur un substrat récepteur placé devant le film donneur. Par cette méthode, des structures précisément définies par la forme du faisceau laser peuvent être transférées.L’irradiation directe de la matière à transférer n’est pas admissible pour les composés sensibles, par conséquent, une modification de la technique a été introduite pour résoudre cette limitation. Cette modification implique l’utilisation d’une couche sacrificielle, qui est spécialement adaptée pour l’ablation laser dans l’ultraviolet. Cette couche sacrificielle est déposée entre le substrat et le matériel à transférer, son but est d’absorber l’impulsion laser, de se décomposer et de propulser le matériau sur le substrat receveur tout en le protégeant de l’irradiation laser. Des matériaux métalliques et un matériau organique, le polymère triazene, ont été étudiés.Le processus de transfert a été étudié par ombroscopie résolue en temps. L’analyse de la trajectoire du matériel éjecté ainsi que de l’onde de choc créée par l’ablation a été effectuée. Ces mesures nous ont permis de déterminer les conditions de transfert optimales pour chacun des matériaux étudiés et ont montré que la condition la plus favorable pour un transfert réussi est le proche contact dans le cas des matériaux en phase solide et quelques centaines de micromètres pour les matériaux en phase liquide.Enfin, la fabrication de transistors organiques opérationnels dans différentes configurations(bottom et top gate en configuration bottom et top contact) est démontrée. Les structures imprimées prouvent la capacité de la technique LIFT à transférer différents types de matériaux en maintenant leurs propriétés à un niveau significatif de performance. Le transfert d’un ensemble multicouche OTFT est étudié. Les pixels transférés sont entièrement fonctionnels et présentent des propriétés compétitives à des dispositifs préparés par des techniques classiques / The use of organic compounds as active materials represents the next generation oftechnology, enabling cheaper manufacturing process, high production and ability to useflexible substrates. This work presents the development of a transfer technique based onlaser ablation for the deposition of functional thin film of organic and inorganic materials,in liquid or solid phase, in order to achieve organic thin film transistors (OTFT).The deposition technique is based on the LIFT (laser-induced forward transfer), whoseworking principle involves a transparent substrate coated with the material to transfer. Thematerial is irradiated through the substrate by a laser pulse, which triggers the removaland ejection of the material from the substrate. The ejected material is then collected on asubstrate receiver placed in front the donor film. By this method, precise patterns definedby the shape of the laser beam can be transferred.Direct irradiation of the transfer material is not admissible for sensitive compounds,therefore a modification of the technique was introduced to solve this limitation. The modificationinvolves the use of a sacrificial layer, which is specially adapted for laser ablationin the ultraviolet. This sacrificial layer is deposited between the substrate and the materialto transfer, its purpose is to absorb the laser pulse, decomposes and propel the materialonto the receiver substrate while protecting it from laser irradiation. Metals and an organicmaterial, the triazene polymer, is studied.The transfer process has been studied by time-resolved shadowgraphic imaging technique.The trajectory analysis of the ejected material and of the shock wave created bythe ablation has been performed. These measures have enabled to determine the optimaltransfer conditions for each studied materials and have shown that the most favorablecondition for successful transfer is the close contact, in the case of materials solid phase,and few hundred micrometers for materials liquid phase.Finally, the fabrication of operating organic transistors in different configurations (bottomand top gate in bottom and top contact architectures) is demonstrated. The printedstructures reveals the ability of the LIFT technique to transfer different kinds of materialsmaintaining their properties at a significant level of performance. The transfer of a multilayersystem is also studied. Transferred pixels are fully functional and exhibit competitiveproperties face devices prepared by conventional techniques

Cette thèse est consacrée à l'étude des modes acoustiques de nanostructures en réseaux. Les fréquences de vibration de nanostructures se situent dans la gamme hypersonore (1GHz-1THz). Leur organisation en réseau de pas sub-micronique implique l'existence de modes acoustiques collectifs dans cette même gamme de fréquences. L'objet de ce travail est la mise en évidence de ces modes. Nous avons utilisé la lithographie électronique pour réaliser des réseaux à deux dimensions de nano-cubes métalliques. Leurs vibrations ont été résolues en temps par acoustique picoseconde. Cette technique de pompe-sonde optique permet d'exciter et de détecter des ondes acoustiques de fréquences hypersonores. Deux catégories de modes acoustiques ont été mises en évidence. Les modes individuels de vibration des cubes et les modes collectifs de l'ensemble. Les modes collectifs sont étudiés dans des séries de réseaux de différents pas. Leur propagation a lieu dans le plan des réseaux suivant un ensemble discret de vecteurs d'ondes. Un modèle analytique permet de reproduire leur fréquence en fonction des paramètres géométriques et élastiques du système. Enfin la détection de ces modes relève d'un mécanisme inédit, probablement lié à l'excitation de plasmons de surface dans l'échantillon.

Ce travail porte sur l'excitation et la détection d'ultrasons dans des multicouches métalliques en acoustique picoseconde afin d'engendrer des ondes de hautes fréquences (jusqu'au THz) pour pouvoir éventuellement les émettre dans un matériau. Nous avons développé des modèles permettant de calculer les réponses optiques et acoustiques de structures excitées par des impulsions lasers ultrabrèves. D'une part, nous avons étudié les effets d'interface à l'origine de l'anomalie élastique dans certains systèmes multicouches et nous avons montré que l'adoucissement observé dans les systèmes Mo/Ni est dû à des alliages interfaciaux épais de 1,3 nm. D'autre part, l'étude des multicouches périodiques a permis d'expliciter les processus d'excitation et de détection de modes résonnants dans des bandes de fréquences interdites. Enfin, nous avons réalisé une expérience de transmission à travers un substrat épais et montré qu'on pouvait transmettre des fréquences supérieures à 200 GHz.

L'objectif de ce travail fut de modéliser et caractériser un composant à semiconducteur capable de générer des impulsions électriques subpicosecondes par photocommutation. Ce composant est réalisé avec un peigne interdigité situé au milieu du ruban central d'un guide coplanaire en or déposé sur du GaAs basse température dopé au béryllium. En éclairant avec un laser femtoseconde ce détecteur polarisé, il est possible de générer des impulsions électriques dont la durée est approximativement celle du temps des vie des électrons. Une étude comparative de plusieurs méthodes de caractérisation (échantillonnages photoconductif, électro-optique, électroabsorption) fut réalisée et met en évidence avantages et inconvénients de chaque technique. Les différentes mesures montrent l'influence du matériau et du circuit hyperfréquence sur la réponse du dispositif. On observe en particulier l'augmentation du temps de vie des électrons due à la saturation du niveau de piège. De même, on observe l'influence de la valeur de la capacité du détecteur sur la durée de la réponse et la limitation de l'amplitude des impulsions due à l'impédance des lignes. Un modèle simple, basé sur un circuit électrique équivalent, prenant en compte les aspects matériau et hyperfréquence, permet de bien décrire ces phénomènes. De plus, ce modèle illustre en détail la dynamique des différents paramètres physiques et électriques lors de l'éclairement du détecteur par deux impulsions optiques consécutives. Cette mesure pompe-sonde photoconductive montre le temps de relaxation du photocommutateur et la saturation des pièges. Enfin, le modèle permet de calculer la bande passante du dispositif en photomélange.