Projet ANR-14-CE26-0003 – PhoRest : Surface Coupled Phononic Resonators
Programme : Sciences et technologies des composants nanoélectroniques et nanophotoniques (DS0710) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Sarah Benchabane (Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique Optique - Sciences et Technologies -- UMR CNRS 6174)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 188240.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Le projet PhoRest a pour ambition de concevoir des systèmes complexes de résonateurs nanophononiques couplés par la surface capables d'assurer un contrôle accru de la propagation des ondes élastiques. Nous étudierons le comportement collectif de ces résonateurs, notamment dans le contexte de chaînes phononiques permettant de guider et de transporter l'énergie élastique avec une flexibilité encore inégalée, et leur comportement individuel, dans l'optique d'obtenir des systèmes susceptibles de donner lieu à des phénomènes d'interactions paramétriques à trois ondes. 
Une première étape consistera à étudier les mécanismes de couplages par ondes évanescentes entre résonateurs adjacents. Ces expériences permettront de démontrer la possibilité d'obtenir un guidage des ondes élastiques sur des structures présentant des dimensions latérales de l'ordre de quelques micromètres, un résultat se situant déjà à l'état de l'art international. Nous chercherons ensuite à mettre en place des fonctions plus complexes de traitement acoustique du signal en montrant la possibilité de réaliser du multiplexage de signaux acoustiques. Ces expériences seront transposées sur des résonateurs métalliques présentant des dimensions à l'échelle de la centaine de nanomètres ouvrant ainsi des perspectives à plus long terme pour une interaction avec les plasmons de surface. 
PhoRest empruntera ensuite une perspective plus ambitieuse : la seconde partie du projet sera dédiée à la mise en place d'un système à trois niveaux dans le but d'obtenir un laser à phonons pompé par voie électro-mécanique. Cette étape nécessitera une étude des propriétés non-linéaires des résonateurs.  Les connaissances acquises au cours de la première partie du projet nous permettrons de concevoir des résonateurs présentant des fréquences propres et des facteurs de qualité appropriés à l'observation d'interactions paramétriques à trois phonons tout en continaunt à assurer un confinement très fort de l'énergie élastique générée. 
Les résonateurs seront fabriqués soit par électroformage de métal, soit par structuration 3D via dépôt induit par faisceau d'ions focalisés et conçus pour présenter des fréquences de résonance s'échelonnant de quelques MHz au GHz. Ils seront réalisés sur un substrat piézoélectrique intégrant des sources à ondes élastiques de surface. Les dimensions mises en jeu nous conduiront à développer des méthodes de mesures spécifiques qui constitueront la base d'une véritable plateforme de caractérisation de ces résonateurs naonophoniques et de leur comportement dans des systèmes complexes. Nous emploierons des méthodes optiques de type interférométrie et spectroscopie pompe-sonde. Nous exploiterons la piézoélectricité du substrat pour caractériser par microscopie électronique à balayage la répartition du champ de déplacement élastique par détection du potentiel électrique qui l'accompagne. Cette méthode peu conventionnelle devrait nous permettre d'obtenir une résolution latérale inégalée. 
PhoRest s'appuiera sur le développement d'outils théoriques et numériques reposant sur la mécanique classique linéaire et non-linéaire, sur des théories des modes couplées et sur une vision Hamiltonienne du problème. La compréhension et la formalisation des pertes structurelles et par la surface supportant le résonateurs (pertes de radiation vers le volume en particulier) constituera une étape critique du projet. 
PhoRest vise donc à contribuer au développement d'une approche conceptuelle en rupture pour la mise en place de fonctions avancées du traitement acoustique du signal pour les Technologies de l'Information et de la Communication. Les deux objectifs de cet ambitieux projet sont très fortement liés. Si la réalisation d'un laser à phonon semble a priori des plus audacieuses, les travaux menés au cours de cette seconde étape nous permettront de coupler une approche phononique et une approche nanomécanique des phénomènes de résonances locales jusqu'à présent dissociées.