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Accueil > Équipes > FINANO > Thématiques > OR1 : Elasto-plasticité de films minces et ondes acoustiques de surface > Équipements

La diffusion Brillouin

par admlspm - publié le

Responsable scientifique : Yves Roussigné

La spectroscopie Brillouin comme la spectroscopie Raman est une technique de diffusion inélastique de la lumière : un faisceau laser vient éclairer un échantillon au sein duquel il existe, à température non nulle, des modes propres de vibration (oscillation des atomes autour de leurs positions moyennes) ou plus généralement des oscillations de grandeurs telles que l’aimantation dans un matériau ferromagnétique ou la
polarisation électrique dans un matériau ferroélectrique ; la lumière diffusée par ces oscillations présente une fréquence légèrement différente de celle de la lumière incidente ; lorsque le décalage en fréquence est dans la gamme 1-100 GHz, il peut être mis en évidence à l’aide d’un interféromètre de Fabry Pérot ; dans ce cas on parle de spectroscopie Brillouin. La technique Raman concerne des déplacements de fréquences supérieurs. Une autre différence entre les deux spectroscopies est lié au rôle du vecteur d’onde des modes sondés. En spectroscopie Raman, le nombre d’onde est négligeable alors qu’en spectroscopie Brillouin, il détermine souvent la valeur de la fréquence du mode sondé. De la même manière que la différence entre les fréquences de la lumière incidente et celle de la lumière diffusée définit la fréquence du mode propre sondé, la différence entre le vecteur d’onde de la lumière incidente et celui de la lumière diffusé définit le vecteur d’onde du mode propre sondé. Dans beaucoup de situations, c’est la lumière rétrodiffusée que l’on analyse dans
l’interféromètre de Fabry Pérot ; le nombre d’onde du mode sondé vaut alors deux fois celui de la lumière dans le matériau étudié lorsque celui-ci est transparent et massif ; dans le cas de couches minces ou de matériau opaque, les modes sondés se propagent parallèlement au plan de l’échantillon et le nombre d’onde des modes sondés vaut deux fois la projection du vecteur d’onde de la lumière dans ce plan. En jouant sur l’arrangement géométrique, on impose le nombre d’onde des modes sondés. Cette caractéristique de la spectroscopie Brillouin permet d’étudier les
variations de fréquence en fonction du vecteur d’onde et ainsi d’évaluer

des paramètres tels que les constantes élastiques du matériau, les caractéristiques magnétiques du matériau (aimantation, échange) ...

Enfin plus récemment, compte tenu de l’intérêt toujours croissant pour les propriétés d’objets de taille nanométrique, une spectroscopie micro Brillouin a été développée. Pour réduire la taille de la zone sondée, un objectif de microscope est utilisé. En contre partie, les directions des vecteurs d’onde incident et diffusé ne sont plus définies. Ce type de dispositif sonde donc une large gamme de vecteurs d’onde et ne permet d’observer que des phénomènes pour lesquels les nombres d’onde sont quantifiés dans l’objet étudié (modes propres de vibration d’objets micrométriques) ou pour lesquels le nombre d’onde a peu d’influence sur le phénomène étudié.