Tesi sul tema "Interaction des phonons"
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Iskandar, Abdo. "Phonon Heat Transport and Photon-phonon Interaction in Nanostructures". Thesis, Troyes, 2018. http://www.theses.fr/2018TROY0010.
Abstract (sommario):
Cette thèse avait pour cadre, le contrôle du transport thermique via les phonons et leur interaction avec des photons dans des nanostructures. Le manuscrit comprend cinq chapitres. Dans le premier, nous introduisons la physique des phonons et excitations élémentaires optiques de la matière. Le deuxième chapitre fournit une description des procédés de croissance, techniques de structuration et techniques de caractérisation utilisées. Dans le troisième chapitre, nous démontrons qu’à la fois, phonons et photons peuvent être confinés et interagir dans une même nanostructure. Dans le quatrième chapitre, nous montrons expérimentalement que le spectre de phonons d'un matériau peut être modifié par des mécanismes d'hybridation entre des modes de surface introduits par une nanostructuration et les modes normaux du matériau massif. Nous montrons que la forme et la taille des nanostructures sur la surface du matériau ont des effets sur le spectre de phonons du substrat. Dans le cinquième chapitre, nous montrons qu'à basse température (inférieure à 4 K), la chaleur spécifique des nanofils est équivalente à celle d'un cristal essentiellement bidimensionnel. Encore plus étonnant à l'interface entre les nanofils et le substrat, nous avons mis en évidence une transition entre une transmission élastique spéculaire et une transmission élastique diffuse. Lorsque la température augmente on observe alors une transition entre une diffusion élastique et une diffusion inélastique. L’ensemble de ces résultats laisse entrevoir des perspectives intéressantes pour le contrôle des propriétés thermiques de matériaux massifs par nanostructuration de surfaceIn this dissertation, we investigate phonon heat transport and phonon interaction with optical elementary excitations in nanostructures. In the first chapter, we present an introduction to the physics of phonons and optical elementary excitations in nanostructured materials. The second chapter provides a detailed description of the samples growth and fabrication procedures and the various characterization techniques used. In the third chapter, we demonstrate that phonons and photons of different momenta can be confined and interact with each other within the same nanostructure. In the fourth chapter, we present experimental evidence on the change of the phonon spectrum and vibrational properties of a bulk material through phonon hybridization mechanisms. We demonstrate that the phonon spectrum of a bulk material can be altered by hybridization between confined phonon modes in nanostructures introduced on the surface of the material and the underlying bulk phonon modes. Shape and size of the nanostructures made on the surface of the substrate have strong effects on the phonon spectrum of the bulk material itself. In the fifth chapter, we demonstrate that at low temperatures (below 4 K) the nanowire specific heat exhibits a clear contribution from an essentially two-dimensional crystal. We also demonstrate that transitions from specular to diffusive elastic transmission and then from diffusive elastic to diffusive inelastic transmission occur at the interface between nanowires and a bulk substrate as temperature increases. Perspectives include the control of bulk material thermal properties via surface nanostructuring
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Poyser, Caroline Louise. "The interaction of coherent acoustic phonons with electrons in semiconductor superlattices". Thesis, University of Nottingham, 2015. http://eprints.nottingham.ac.uk/30591/.
Abstract (sommario):
This thesis presents a study of the electron-phonon interaction in an n-doped weakly coupled semiconductor superlattice (SL). Two experiments were performed which studied different aspects of this interaction. Firstly, a coherent phonon optics chip was designed. This was used in an experiment where a phonon beam was passed through the SL while an electrical bias was applied to it. The experiment provided a sensitive measurement of the effects caused by bias in the SL on the phonon beam. Secondly, a train of strain pulses was passed through the SL and the charge transferred in the device due to the strain was investigated. A coherent phonon optics chip was formed using a semiconductor superlattice as a transducer structure and a p-i-n photodiode as a coherent phonon detector on the opposite side of the substrate. The doped weakly coupled superlattice structure, which is the main subject of investigation in this thesis was grown between the transducer and detector structures. Optical access mesas were processed on both sides of the substrate to allow the application of bias to both the doped superlattice and the p-i-n structures. A photocurrent pump-probe experiment was then performed using a femtosecond laser to excite the transducer structure and activate the detection mechanism. The application of bias to the weakly coupled SL was found to cause a small attenuation to the 378 GHz phonon beam passing through it. An investigation of the possible causes of this attenuation ruled out several trivial explanations, suggesting that it was caused by the interaction between electrons and phonons in the structure. The active control of phonon amplitude by electrical means has not previously been demonstrated and may offer exciting new prospectives for phonon devices and experiments. The coherent phonon optics technique was shown to be very sensitive and it will be a useful technique to increase our understanding of future acousto-electric devices. The electrical signal that acoustic excitation caused in the SL device was investigated using a pulse shaping technique in combination with an amplified femtosecond laser. A Fabry-Perot cavity was used in the laser path to create a train of equally spaced laser pulses with an adjustable pulse spacing. Focusing these pulses on an aluminium film transducer creates a train of equally spaced acoustic pulses simulating a monochromatic acoustic wave packet. The SL was processed and electrically contacted so that the charge transferred through it due to the acoustic pulse train could be monitored using a 12.5 GHz-bandwidth digital oscilloscope. The variation in charge transfer seen as a function of the DC bias applied to the device and as a function of the total energy of the acoustic pulse train was investigated. The behavior was compared to a theoretical model developed in the style of previous theories of electrical conversion in SLs excited by electromagnetic waves. The dependencies of the charge transfer on the bias and energy of the pulse train were well reproduced in the theory. The theory predicted that magnitude of the signal in the superlattice was independent of the frequency of the acoustic pulse train. This was verified by measuring the frequency dependence of the signal seen for a variety of transducer films. The frequency dependencies seen were well explained through simulations presuming the device response was independent of train frequency. This confirms the predictions of the theory. Both the experiments detailed in this thesis have helped increase our understanding of the nature of electron-phonon interactions in superlattices. It is hoped that a fuller understanding of these interactions may be instrumental in the creation of exciting new acousto-electrical devices.
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El-Jallal, Said. "Cristaux phoxoniques et propriétés optomécaniques : interaction des photons et des phonons". Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10047/document.
Abstract (sommario):
Dans cette thèse, on étudie l’interaction optomécanique dans les cavités des cristaux phoxoniques définis comme des cristaux à la fois photonique et phononique. Ces structures périodiques peuvent présenter simultanément des bandes interdites absolues pour les ondes électromagnétiques et pour les ondes acoustiques. L’introduction de défauts tels qu’une cavité dans le cristal permet d’obtenir à la fois des photons et des phonons localisés. Ce confinement simultané des deux excitations à l’intérieur d’une même cavité permet d’exalter leur interaction et d’envisager de nouveaux dispositifs acousto-optiques à l’échelle submicronique. Nous avons étudié théoriquement cette interaction optomécanique dans différentes structures de cristaux phoxoniques (2D, plaques et nanoguide structuré). Nous avons mis en évidence l’effet du changement du matériau et de la longueur d’onde incidente sur le couplage optomécanique. Les résultats pour le nanoguide structuré ont été comparés à des résultats expérimentaux réalisés par nos partenaires. Enfin, le couplage phonon-plasmon est abordé à la fois en terme de premiers résultats et de perspectiveIn this thesis, we study optomechanic interactions in phoxonic crystals which are defined as dual phononic/photonic crystals that can exhibit simultaneously phononic and photonic band gaps. The existence of absolute band gaps allows the simultaneous confinement of both waves that, in turn, can produce the enhancement of their interaction for the purpose of novel and high-performance optomechanical and acousto-optic devices and applications. A main objective is the modulation of light by acoustic waves when both excitations are confined inside the same cavity or propagate with a slow group velocity inside a waveguide. We have studied theoretically the optomechanic interactions in different (2D, slabs and strip) phoxonic crystals cavities. We have demonstrated the dependence of these optomechanic interactions as a function of both the nature of the material and the incoming optical wavelength. The results for strip waveguides have been compared with experimental results performed by our partners. Finally, as a perspective, we began to study the phonon-plasmon coupling
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Reigue, Antoine. "Boîte quantique en interaction avec son environnement : excitation résonante pour l'étude des processus de décohérence". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066731/document.
Abstract (sommario):
Les boîtes quantiques (BQ) semi-conductrices possèdent une structure électronique discrète qui en fait une excellente source de photons uniques et indiscernables. Elles sont ainsi devenues un système très attractif pour des futures applications en information quantique, grâce à la possibilité de les intégrer dans des nano-dispositifs permettant un couplage efficace lumière-matière. Cependant, les BQs constituent par nature un système ouvert en interagissant fortement avec l'environnement solide, une des conséquences étant la destruction partielle de la cohérence des photons émis. Dans ce travail, nous avons choisi d'utiliser une BQ comme sonde très sensible de ces interactions. Des expériences d'interférences à deux photons, de type Hong-Ou-Mandel, sous excitation résonante et en fonction de la température, nous ont permis d’étudier l'interaction entre une BQ et les phonons acoustiques de la matrice cristalline environnante. En combinant nos résultats expérimentaux et un modèle théorique microscopique, nous avons identifié deux processus distincts responsables de la perte d’indiscernabilité : le premier dû aux transitions réelles par absorption-émission de phonons, le deuxième à cause de transitions virtuelles, processus du deuxième ordre, dues à la présence d’états excités de plus haute énergie dans la boîte. Nous avons par ailleurs étudié des échantillons dopés permettant d’appliquer un champ électrique sur le plan de BQ, mettant en évidence que le contrôle de l’état de charge d’une BQ permet sont excitation résonante systématiqueDevelopments in quantum information processes require the use of solid state qubits that would emit on demand single and indistinguishable photons. Semiconductor quantum dots (QDs) show an atom-like spectrum which makes them attractive in this regard. However, a single QD constitutes an open quantum system coupled to its surrounding solid-state environment, the phonon bath and the fluctuating electrostatic environment. This has important consequences on the coherence properties of the electronic system and the QD is a probe to study these fundamental interactions. Using Fourier spectroscopy and temperature-dependent resonant HOM experiments we show that these two mechanisms occur on very different time scales: spectral diffusion is a slow dephasing process acting on microseconds, while phonon interaction takes place in less than one ns. Then, the loss of ndistinguishability in HOM measurements is only related to dephasing induced by the coupling to the phonon bath. The TPI visibility is preserved around 85 % at low temperature, followed by a rapid loss of coherence. To fully understand the experimental results we developed a mircroscopic model for the electron-phonon interaction which allow to obtain analytic expressions for the dephasing rates. Below 10K the relaxation of the vibrational lattice is the dominant contribution to the loss of TPI visibility. This process corresponds to real phonon transitions resulting in a broad phonon sideband in the QD emission spectra. Above 10K, virtual phonon transitions to higher lying excited states become the dominant dephasing mechanism, leading to broadening of the zero phonon line and a corresponding rapid decay in the visibility
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Isaia, Jean-Noël. "Niveaux électroniques et interaction électron - phonons dans les boîtes quantiques d'InAs/GaAs". Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066443.
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Geondzhian, Andrey. "Resonant inelastic X-ray scattering as a probe of exciton-phonon coupling". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY077/document.
Abstract (sommario):
Les phonons contribuent à la diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS) du fait du couplage entre les degrés de liberté électronique et ceux du réseau. Contrairement à d'autres techniques sensibles aux interactions électron-phonon, la technique RIXS peut donner accès aux constantes de couplage dépendantes du moment. Des informations sur la dispersion de l'interaction électron-phonon sont très précieuses dans le contexte de la supraconductivité anisotrope conventionnelle et non conventionnelle.Nous avons considéré la contribution des phonons sur la diffusion RIXS d’un point de vue théorique. Contrairement aux études précédentes nous soulignons le rôle du couplage du réseau avec les trous de cœur. Notre modèle, avec les paramètres obtenus ab-initio, montre que même dans le cas d'un trou de coeur profond, la technique RIXS sonde le couplage exciton-phonon plutôt qu’un couplage direct électron-phonon.Cette différence conduit à des écarts quantitatifs et qualitatifs pour le couplage électron-phonon implicite par rapport à l'interprétation standard dans la littérature. Ainsi, notre objectif est de développer une approche rigoureuse pour quantifier le couplage électron-phonon dans le contexte des mesures de diffusion RIXS. La possibilité de reproduire avec précision les résultats expérimentaux à partir des calculs ab-initio, sans recourir à des paramètres ajustés, doit être considérée comme le test ultime d'une compréhension correcte de la contribution des phonons sur la diffusion RIXS.Nous commençons notre travail en considérant uniquement l’interaction trou de coeur-phonon dans le contexte de la spectroscopie par photoémission de rayons X. Nous combinons un calcul ab-initio de la fonction de réponse en espace réel avec des techniques de fonctions de Green à plusieurs corps pour reproduire les bandes latérales vibrationnelles dans les molécules SiX4 (X = H, F). L'approche que nous avons développée peut être appliquée aux matériaux cristallins.Nous examinons ensuite la contribution des phonons aux spectres d'absorption des rayons X. Contrairement aux excitations chargées générées par la photoémission par rayons X, l'absorption des rayons X crée une excitation neutre que nous approchons en tant que trou de cœur et électron excité. Nous résolvons d’abord la partie électronique du problème au niveau de l’équation de Bethe-Salpeter, puis nous habillons la quasi-particule excitonique à 2 particules résultante avec les interactions exciton-phonon en utilisant l’Ansatz des cumulants. La viabilité de cette méthode a été testée en calculant le seuil K XAS de la molécule N2 et le seuil K d’Oxygène de l’acétone. Les spectres vibrationnels obtenus concordent avec les résultats expérimentaux.Enfin, nous construisons une formulation hybride de la section transversale RIXS qui préserve la sommation explicite sur un petit nombre d'états finals, mais remplace la sommation sur les états intermédiaires, ce qui pourrait être extrêmement coûteux, par une fonction de Green. Nous avons obtenu un développement de la fonction de Green et dérivé des solutions analytiques exactes (dans la limite de non-recul) et approximatives. Le formalisme a de nouveau été testé sur le seuil K de l'acétone et est bien en accord avec l'expérience. En perspectives des travaux futurs, nous discutons de l’applicabilité de notre formalisme aux matériaux cristallinsPhonons contribute to resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) as a consequence of the coupling between electronic and lattice degrees of freedom. Unlike other techniques that are sensitive to electron-phonon interactions, RIXS can give access to momentum dependent coupling constants. Information about the dispersion of the electron-phonon interaction is highly desirable in the context of understanding anisotropic conventional and unconventional superconductivity.We considered the phonon contribution to RIXS from the theoretical point of view. In contrast to previous studies, we emphasize the role of the core-hole lattice coupling. Our model, with parameters obtained from first principles, shows that even in the case of a deep core-hole, RIXS probes exciton-phonon coupling rather than a direct electron-phonon coupling.This difference leads to quantitative and qualitative deviations from the interpretation of the implied electron-phonon coupling from the standard view expressed in the literature. Thus, our objective is to develop a rigorous approach to quantify electron-phonon coupling within the context of RIXS measurements. The ability to accurately reproduce experimental results from first-principles calculations, without recourse to adjustable parameters, should be viewed as the ultimate test of a proper understanding of the phonon contribution to RIXS.We start by considering only the core-hole--phonon interaction within the context of X-ray photoemission spectroscopy. We combine an ab initio calculation of the real-space response function with many-body Green's functions techniques to reproduce the vibrational side-bands in SiX4 (X=H, F) molecules. The approach we developed is suitable for application to crystalline materials.We next consider the phonon contribution to X-ray absorption spectra. Unlike the charged excitations generated by X-ray photoemission, X-ray absorption creates a neutral excitation that we approximate as a core-hole and an excited electron. We first solved the electronic part of the problem on the level of the Bethe-Salpeter equation and then dressed the resulting 2-particle excitonic quasiparticle with the exciton-phonon interactions using the cumulant ansatz. The viability of this methodology was tested by calculating the N K-edge XAS of the N2 molecule and the O K-edge of acetone. The resulting vibronic spectra agreed favorably with experimental results.Finally, we construct a hybrid formulation of the RIXS cross section that preserves explicit summation over a small number of final states, but replaces the summation over intermediate states, which might be enormously expensive, with a Green's function. We develop an expansion of the Green's function and derive both analytically exact (in the no-recoil limit) and approximate solutions. The formalism was again tested on the O K-edge of acetone and agrees well with the experiment. To provide an outlook towards future work, we discuss application of the developed formalism to crystalline materials
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Preisler, Vanessa. "Interaction porteur-phonons dans les boîtes quantiques InAs / GaAs : polarons électroniques et polarons excitoniques". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00090546.
Abstract (sommario):
Cette thèse présente une étude des électrons, trous, et excitons confinés dans des boîtes quantiques InAs/GaAs, en prenant en compte leur couplage avec les phonons longitudinaux optiques (LO) du réseau cristallin. Nous montrons que les porteurs confinés dans les boîtes quantiques sont en régime de couplage fort avec ces phonons, et que la conséquence de ce couplage est la formation de particules mixtes porteur-phonon, appelées polarons.Dans un premier temps, l'interaction électron-phonon ainsi que trou-phonon est étudiée expérimentalement par spectroscopie dans l'infrarouge lointain (50-700 cm-1) sous champ magnétique intense (0-28 T). L'intérêt d'un champ magnétique est de déplacer les transitions électroniques, afin de les amener en résonance avec les phonons, là où les effets du couplage sont le plus évidents. Pour interpréter les résultats expérimentaux, nous avons calculé le couplage entre les états électroniques et les états de phonons LO en utilisant l'Hamiltonien de Fröhlich. On détermine ainsi les états polarons et les forces d'oscillateurs, qui sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.
Dans un deuxième temps, nous étudions le couplage des paires électron-trou ou excitons avec les phonons LO. Les transitions interbandes sont sondées dans des expériences de magnetophotoluminescence pour des champs magnétiques allant jusqu'au 28 T. A cause des fluctuations de taille, de composition, et de forme des boîtes quantiques auto-organisées, les pics de photoluminescence sont élargis d'une façon inhomogène. Pour minimiser cet élargissement, des expériences de photoluminescence résonante et d'excitation de la photoluminescence sont effectuées, pour lesquelles un sous-ensemble de boîtes homogènes est sélectionné. Nous calculons les états de polarons excitoniques, ce qui nous permet de déterminer le spectre d'absorption des boîtes quantiques. Un bon accord théorie-expérience est obtenu.
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Newton, M. I. N. "Investigation of the interaction between acoustic phonons and the 2DEG of a silicon MOSFET". Thesis, University of Nottingham, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.380155.
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Mansuripur, Masud. "Light-matter interaction: conversion of optical energy and momentum to mechanical vibrations and phonons". SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2016. http://hdl.handle.net/10150/622541.
Abstract (sommario):
Reflection, refraction, and absorption of light by material media are, in general, accompanied by a transfer of optical energy and momentum to the media. Consequently, the eigen-modes of mechanical vibration (phonons) created in the process must distribute the acquired energy and momentum throughout the material medium. However, unlike photons, phonons do not carry momentum. What happens to the material medium in its interactions with light, therefore, requires careful consideration if the conservation laws are to be upheld. The present paper addresses some of the mechanisms by which the electromagnetic momentum of light is carried away by mechanical vibrations.
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Lakehal, Massil. "Out of Equilibrium Lattice Dynamics in Pump Probe Setups". Thesis, Université de Paris (2019-....), 2020. http://www.theses.fr/2020UNIP7039.
Abstract (sommario):
L'étude de la dynamique hors équilibre des systèmes fortement corrélés, à l'aide de laser femtoseconde, a révélé une variété de phénomènes sans analogue en physique d'équilibre. Dans cette thèse, nous étudions théoriquement la dynamique hors équilibre des degrés de liberté du réseau et leur signature en spectroscopie pompe-sonde. Nous développons une description microscopique des phonons cohérents displacive excité par le laser. La théorie capture la rétroaction de l'excitation des phonons sur le fluide électronique, qui manque dans la formulation phénoménologique actuelle. Nous montrons que cette rétroaction conduit à une oscillation avec une fréquence qui dépend du temps aux temps courts, même si le mouvement des phonons est harmonique. Pour les temps longs, cette rétroaction apparaît comme une phase résiduelle dans le signal oscillatoire. Nous appliquons la théorie au BaFe2As2, nous expliquons l'origine de la phase du signal oscillatoire rapporté dans des expériences récentes, et nous prédisons que le système oscille avec une fréquence décalé vers le rouge pour les grandes fluences. Notre théorie ouvre également la possibilité d'extraire des informations d'équilibre à partir la dynamique des phonons cohérents. Un autre phénomène intéressant qui a été observé en spectroscopie pompe-sonde est l'oscillation des fluctuations du réseau au double de la fréquence d’un phonon du système étudié. Ces oscillations sont interprétées comme une signature d'états de phonons squeezé macroscopique. Dans ce travail, nous identifions d'autres mécanismes d'oscillations à une fréquence double autre que le squeezing. Nous montrons qu'un quench de la température du bain thermique induite par la pompe, à laquelle le phonon est couplé, ou l'excitation d'un phonon cohérent pour lequel l'anharmonicité cubique est permise par symétrie peut également produire de telles oscillations en spectroscopie sans que le phonon soit dans un état squeezé. Nous concluons que, contrairement à ce qui est communément admis, les oscillations à double fréquence phononique en spectroscopie de bruit ne sont pas nécessairement une signature des phonons squeezés. Nous soulignons ce qui peut être un critère fiable pour identifier un phonon squeezé en utilisant la spectroscopie pompe-sondeThe study of the out of equilibrium dynamics of strongly correlated systems, using ultrafast pulses, uncovered a plethora of phenomena with no analog in equilibrium physics. In this thesis, we theoretically investigate the out of equilibrium dynamics of the lattice degrees of freedom and their signature in pump-probe spectroscopy. We develop a Hamiltonian-based microscopic description of laser pump induced displacive coherent phonons. The theory captures the feedback of the phonon excitation upon the electronic fluid, which is missing in the state-of-the-art phenomenological formulation. We show that this feedback leads to chirping at short timescales, even if the phonon motion is harmonic. At long times, this feedback appears as a finite phase in the oscillatory signal. We apply the theory to BaFe2As2, explain the origin of the phase in the oscillatory signal reported in recent experiments, and we predict that the system will exhibit redshifted chirping at larger fluence. Our theory also opens the possibility to extract equilibrium information from coherent phonon dynamics. Another interesting phenomenon that have been reported in pump-probe spectroscopy is the oscillation of the lattice fluctuations at double phonon frequency. These oscillations are invariably interpreted as a signature of macroscopic squeezed phonon states. In this work, we identify other mechanisms of double phonon frequency oscillations that do not involve squeezing. We show that a pump induced temperature quench of the bath, to which the phonon is coupled to, or exciting a coherent phonon for which cubic anharmonicity is allowed by symmetry can also produce such oscillations in noise spectroscopy without squeezing the phonon state. We conclude that, in contrast with what is commonly believed, double phonon frequency oscillations in noise spectroscopy are not necessarily a signature of macroscopic phonon squeezing. We point out what can be a reliable criterion to identify a squeezed phonon using pump-probe spectroscopy
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Poudel, Yuba R. "Manipulation of Light-Matter Interaction in Molybdenum Disulfide (MoS2) Monolayer through Dressed Phonons (DP) and Plasmons". Thesis, University of North Texas, 2019. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1609107/.
Abstract (sommario):
The performance of electrical and optical devices based on two-dimensional semiconductors (2D) such as molybdenum disulfide is critically influenced due to very poor light absorption in the atomically thin layers. In this study, the phonon mediated optical absorption and emission properties in single atomic layers of MoS2 have been investigated. The electronic transitions in MoS2 due to near-field optical interaction and the influence of interface phonons due to the dielectric substrate GaN on the relaxation of optically generated carriers will be described. The near-field interaction can be induced in the presence of metal plasmons deposited on the surface of MoS2 monolayers. A hybrid metal-semiconductor system was realized by the deposition of silver (Ag) NPs on MoS2 layer and the localized plasmon modes were selectively chosen to interact with quasiparticles such as excitons and phonons. These quasiparticles are confined within the single atomic layer of MoS2 and are stable at room temperatures due to high binding energy. The lattice vibrational modes in MoS2 can be optically excited with the pulses from a femtosecond laser. These phonon modes can be optically dressed due to near-field interaction in the hybrid Ag-MoS2 system under an optical excitation resonant to localized plasmon modes. The coherent dynamics of the carriers in MoS2 were manipulated by the generation of dressed phonons. The driving field creates a coherence between the ground levels in the presence of optical near-field. A strong coupling between the exciton and plasmon modes forming a plexciton band is observed at room temperature within the coherence lifetime of the system. A significant enhancement of photoluminescent (PL) emission from MoS2 monolayer occurs due to carrier density modulation in the presence near-field interactions.
The absorption and emission properties of MoS2 are influenced due to the interactions with the semiconducting substrate. The coupling of carriers in MoS2 with the interfacial phonons, and the charge and energy transfer across the interface in 2D MoS2-GaN (0001) significantly change the UF absorption properties and the relaxation of carriers from the excitonic absorption states. An increased light absorption and enhanced PL emission from the single atomic layer of MoS2 was observed. The phonon-assisted processes can activate the dipole forbidden transitions and hence can explain the interaction of incident light in single atomic layer of MoS2. The MoS2-GaN heterostructure provides a platform to exploit strong coupling between the free carriers or excitons, plasmons and phonons. The gold (Au) NPs have a plasmon energy resonant to MoS2 and hence results in the strong exciton-plasmon coupling due to near-field interaction. In the meantime, the localized plasmon energy of platinum (Pt) NPs is selected to be in resonance to GaN bandedge emission and resonant to C excitonic state in MoS2. The localized plasmons in Pt can actively interact with carriers in MoS2 near Γ-point. The non-equilibrium absorption characteristics of MoS2 nanosheets on GaN hybridized with Au and Pt NPs are influenced due to activation of the defect levels of GaN induced due to interband optical excitation.
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HUNTZINGER, JEAN-ROCH. "Interaction electrons-phonons dans les puits et boites quantiques de semiconducteurs. Une etude par spectrometries optiques". Toulouse 3, 2000. http://www.theses.fr/2000TOU30094.
Abstract (sommario):
Les progres realises dans l'elaboration d'heterostructures semiconductrices ont permis de tirer parti d'effets de confinement et de contraintes pour creer des dispositifs aux applications industrielles, comme les lasers solides. Simultanement de nombreuses etudes fondamentales ont ete stimulees par la richesse des phenomenes physiques en jeu dans de telles structures. Ce travail est consacre a l'etude experimentale, a l'aide de spectrometries optiques, des electrons, des phonons et de leurs interactions dans des puits et boites quantiques contraints. La diffusion raman resonante a temperature ambiante d'echantillons contenant quelques puits quantiques gaas/gap presente de fortes oscillations dans la region des phonons acoustiques. Le contraste de ces oscillations est une signature de la coherence spatiale des excitations elementaires sur l'ensemble de la structure. Le cas de couches uniques de boites quantiques d'inas/inp fortement contraintes, deposees sur des substrats (001) et (113) est ensuite aborde. Les effets d'une contrainte biaxiale dans un plan (hhl) sur les energies et intensites des transitions e 1 sont exposes. Ces calculs sont compares a des experiences de reflectivites modulees polarisees. En resonance avec ces transitions, la diffusion raman basse-frequence presente des oscillations, qui proviennent de la stationnarite des phonons due a la surface. Le contraste des oscillations fournit une indication de la dispersion des tailles des ilots. L'implication dans la modulation des intensites d'etats electroniques de surface ou d'effets de cavite acoustique dans la couche d'oxyde superficiel est discutee. A basse temperature, les oscillations des spectres des puits quantiques gaas/gap disparaissent progressivement selon les energies d'excitation. A l'aide d'un modele simple on etablit que cette decoherence est liee au desordre dans le plan et a la correlation spatiale entre les puits.
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Poudel, Yuba R. "Manipulation of Light-Matter Interactions in Molybdenum Disulfide (MoS2) Monolayer through Dressed Phonons (DP) and Plasmons". Thesis, University of North Texas, 2019. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1609107/.
Abstract (sommario):
The performance of electrical and optical devices based on two-dimensional semiconductors (2D) such as molybdenum disulfide is critically influenced due to very poor light absorption in the atomically thin layers. In this study, the phonon mediated optical absorption and emission properties in single atomic layers of MoS2 have been investigated. The electronic transitions in MoS2 due to near-field optical interaction and the influence of interface phonons due to the dielectric substrate GaN on the relaxation of optically generated carriers will be described. The near-field interaction can be induced in the presence of metal plasmons deposited on the surface of MoS2 monolayers. A hybrid metal-semiconductor system was realized by the deposition of silver (Ag) NPs on MoS2 layer and the localized plasmon modes were selectively chosen to interact with quasiparticles such as excitons and phonons. These quasiparticles are confined within the single atomic layer of MoS2 and are stable at room temperatures due to high binding energy. The lattice vibrational modes in MoS2 can be optically excited with the pulses from a femtosecond laser. These phonon modes can be optically dressed due to near-field interaction in the hybrid Ag-MoS2 system under an optical excitation resonant to localized plasmon modes. The coherent dynamics of the carriers in MoS2 were manipulated by the generation of dressed phonons. The driving field creates a coherence between the ground levels in the presence of optical near-field. A strong coupling between the exciton and plasmon modes forming a plexciton band is observed at room temperature within the coherence lifetime of the system. A significant enhancement of photoluminescent (PL) emission from MoS2 monolayer occurs due to carrier density modulation in the presence near-field interactions.
The absorption and emission properties of MoS2 are influenced due to the interactions with the semiconducting substrate. The coupling of carriers in MoS2 with the interfacial phonons, and the charge and energy transfer across the interface in 2D MoS2-GaN (0001) significantly change the UF absorption properties and the relaxation of carriers from the excitonic absorption states. An increased light absorption and enhanced PL emission from the single atomic layer of MoS2 was observed. The phonon-assisted processes can activate the dipole forbidden transitions and hence can explain the interaction of incident light in single atomic layer of MoS2. The MoS2-GaN heterostructure provides a platform to exploit strong coupling between the free carriers or excitons, plasmons and phonons. The gold (Au) NPs have a plasmon energy resonant to MoS2 and hence results in the strong exciton-plasmon coupling due to near-field interaction. In the meantime, the localized plasmon energy of platinum (Pt) NPs is selected to be in resonance to GaN bandedge emission and resonant to C excitonic state in MoS2. The localized plasmons in Pt can actively interact with carriers in MoS2 near Γ-point. The non-equilibrium absorption characteristics of MoS2 nanosheets on GaN hybridized with Au and Pt NPs are influenced due to activation of the defect levels of GaN induced due to interband optical excitation.
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Mehra, Nitin. "Thermal Conduction in Polymer Based Materials by Engineering Intermolecular Interactions". University of Akron / OhioLINK, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=akron1578202939238852.
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Langot, Pierre. "Etude femtoseconde de la thermalisation des porteurs libres dans l'arseniure de gallium". Palaiseau, Ecole polytechnique, 1996. http://www.theses.fr/1996EPXX0021.
Abstract (sommario):
Ce travail porte sur l'etude des interactions porteur-porteur et porteur-phonon dans l'arseniure de gallium par des techniques pompe-sonde de saturation d'absorption femtoseconde a haute sensibilite. Pour cela, une source femtoseconde a deux couleurs a ete developpee par conversion de frequence non-lineaire des impulsions fournies par un oscillateur femtoseconde a saphir dope titane. Nous avons tout d'abord etudie les mecanismes d'interaction des trous libres dans l'asga. Les mesures realisees sur l'echauffement de trous froids en fonction de la densite de porteurs photo-generes, de leur exces d'energie initial et de la temperature du reseau nous ont permis de mesurer directement le temps d'interaction trou-phonon et d'en deduire le potentiel de deformation optique. Une etude sur le ralentissement de la thermalisation electron-reseau du a la creation d'une population de phonons hors equilibre en centre de zone de brillouin est ensuite presentee. Les differentes mesures que nous avons realisees nous ont permis de demontrer que la thermalisation electrons-reseau aux temps longs est gouvernee par la duree de vie des phonons optiques, en accord avec un modele de simulations numeriques
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Schönhoff, Gunnar [Verfasser], Tim [Akademischer Betreuer] [Gutachter] Wehling e Gerd [Gutachter] Czycholl. "Coulomb interaction and phonons in doped semiconducting and metallic two-dimensional materials / Gunnar Schönhoff ; Gutachter: Tim Wehling, Gerd Czycholl ; Betreuer: Tim Wehling". Bremen : Staats- und Universitätsbibliothek Bremen, 2017. http://d-nb.info/1133240704/34.
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Chamberlain, Martyn Paul. "Electrons, phonons, coupled phonon-plasmons and their interactions in semiconductor heterostructures". Thesis, University of Essex, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.254491.
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Moreira, Leandro Malard. "Raman spectroscopy of graphene:: probing phonons, electrons and electron-phonon interactions". Universidade Federal de Minas Gerais, 2009. http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-7ZFGDY.
Abstract (sommario):
Since the identification of mono and few graphene layers in a substrate in 2004, intensive work has been devoted to characterize this new material. In particular, Raman spectroscopy played an important role in unraveling the properties of graphene systems. Moreover resonant Raman scattering (RRS) in graphene systems was shown to be an important tool to probe phonons, electrons and electronphononinteractions. In this thesis, by using different laser excitation energies, we obtain important electronic and vibrational properties of mono- and bi-layer graphene. For monolayer graphene, we determine the phonon dispersion near the Dirac point for the in-plane transverse optical (iTO) mode and the in-plane longitudinal acoustic (iLA) mode. These results are compared with recent theoretical calculations for the phonon dispersion around the K point. For bilayer graphene we obtain the Slonczewski-Weiss-McClure band parameters. These results show that bilayer graphene has a strong electron-hole asymmetry, which is larger than in graphite. In a gating experiment, we observe that the change in Fermi level of bilayer graphene gives rise to a symmetry breaking, allowing the observation of both the symmetric (S) and anti- symmetric (AS) phonon modes. The dependence of the energy and damping of these phonons modes on the Fermi level position is explained in terms of distinct couplings of the S and AS phonons with intraand inter-band electron-hole transitions. Our experimental results confirm the theoretical predictions for the electron-phonon interactions in bilayer graphene. We also study the symmetry properties of electrons and phonons in graphene systems as a function of the number of layers, by a group theory approach. We derive the selection rules for the electron-radiation and for the electron-phonon interactions at all points in the Brillouin zone. By considering these selection rules, we address the double resonance Raman scattering process. The selection rules for monolayer and bilayer graphene in the presence of an applied electric field perpendicular to the sample plane are also discussed.Desde a identificação de uma ou poucas camadas de grafeno em um substrato em 2004, trabalhos intensivos tem sido feitos para se caracterizar esse novo material. Em particular, a Espectroscopia Raman Ressonante tem sido muito importante para elucidar propriedades físicas e químicas em sistemas de grafeno. A Espectroscopia Raman Ressonante também tem se mostrado como uma ferramenta importante para se estudar fônons, elétrons e interações elétron-fônon em grafeno. Nesta tese, ao usarmos diferentes energias de laser de excitação, nós obtivemos propriedades importantes sobre as estruturas eletrônicas e vibracionais para uma e duas camadas de grafeno. Para uma monocamada de grafeno, nós determinamos a dispersão de fônons perto do ponto de Dirac para o modo óptico transversal no plano (iTO) e para o modo acústico longitudinal no plano (iLA). Comparamos nossos resultados experimentais como cálculos teóricos recentes para a dispersao de fônons nas proximidades do ponto K. Para a bicamada de grafeno, nós obtivemos os parâmetros de estrutura eletrônica do modelo de Slonczewski-Weiss-McClure. Nossos resultados mostram que a bicamada de grafeno possue uma forte assimetria elétron-buraco, que por sua vez é mais forte que no grafite. Em experimentos aplicando uma tensão de porta, variamos o nível de Fermi em uma bicamada de grafeno, o que levou uma quebra de simetria, deixando assim ambos os modos de vibração simétricos (S) e anti-simétricos (AS) ativos em Raman. A dependência da energia e do amortecimento desses modos de fônons com a energia de Fermi é explicada através do acoplamento elétron-buraco intra- ou inter- banca. Nossos resultados experimentais deram suporte às previsões teóricas para interações elétron-fónon em uma bicamada de grafeno.
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Braithwaite, Glyn. "Characterisation of the hole-acoustic phonon interaction in modulation doped Si/Siâ†1â†-â†xGeâ†x (0.085<=x<=0.28) heterostructures". Thesis, University of Warwick, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.364597.
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Lehmann, Dietmar. "Phonon Spectroscopy and Low-Dimensional Electron Systems". Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2006. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-1138734990743-55381.
Abstract (sommario):
The generation and propagation of pulses of nonequilibrium acoustic phonons and their interaction with semiconductor nanostructures are investigated. Such studies can give unique information about the properties of low-dimensional electron systems, but in order to interpret the experiments and to understand the underlying physics, a comparison with theoretical models is absolutely necessary. A central point of this work is therefore a universal theoretical approach allowing the simulation and the analysis of phonon spectroscopy measurements on low-dimensional semiconductor structures. The model takes into account the characteristic properties of the considered systems. These properties are the elastic anisotropy of the substrate material leading to focusing effects and highly anisotropic phonon propagation, the anisotropic nature of the different electron-phonon coupling mechanisms, which depend manifestly on phonon wavevector direction and polarization vector, and the sensitivity to the confinement parameters of the low-dimensional electron systems. We show that screening of the electron-phonon interaction can have a much stronger influence on the results of angle-resolved phonon spectroscopy than expected from transport measurements. Since we compare theoretical simulations with real experiments, the geometrical arrangement and the spatial extension of phonon source and detector are also included in the approach enabling a quantitative analysis of the data this way. To illustrate the influence of acoustic anisotropy and carrier confinement on the results of phonon spectroscopy in detail we analyse two different applications. In the first case the low-dimensional electron system acts as the phonon detector and the phonon induced drag current is measured. Our theoretical model enables us to calculate the electric current induced in low-dimensional electron systems by pulses of (ballistic) nonequilibrium phonons. The theoretical drag patterns reproduce the main features of the experimental images very well. The sensitivity of the results to variations of the confining potential of quasi-2D and quasi-1D electrons is demonstrated. This provides the opportunity to use phonon-drag imaging as unique experimental tool for determining the confinement lengths of low-dimensional electron systems. By comparing the experimental and theoretical images it is also possible to estimate the relative strength of the different electron-phonon coupling mechanisms.In the second application the low-dimensional electron system acts as the phonon pulse source and the angle and mode dependence of the acoustic phonon emission by hot 2D electrons is investigated. The results exhibit strong variations in the phonon signal as a function of the detector position and depend markedly on the coupling mechanism, the phonon polarization and the electron confinement width. We demonstrate that the ratio of the strengths of the emitted longitudinal (LA) and transverse (TA) acoustic phonon modes is predicted correctly only by a theoretical model that properly includes the effects of acoustic anisotropy on the electron-phonon matrix elements, the screening, and the form of the confining potential. A simple adoption of widely used theoretical assumptions, like the isotropic approximation for the phonons in the electron-phonon matrix elements or the use of simple variational envelope wavefunctions for the carrier confinement, can corrupt or even falsify theoretical predictions.We explain the `mystery of the missing longitudinal mode' in heat-pulse experiments with hot 2D electrons in GaAs/AlGaAs heterojunctions. We demonstrate that screening prevents a strong peak in the phonon emission of deformation potential coupled LA phonons in a direction nearly normal to the 2D electron system and that deformation potential coupled TA phonons give a significant contribution to the phonon signal in certain emission directionsDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Ausbreitung von akustischen Nichtgleichgewichtsphononen und deren Wechselwirkung mit Halbleiter-Nanostrukturen. Güte und Effizienz moderner Halbleiter-Bauelemente hängen wesentlich vom Verständnis der Wechselwirkung akustischer Phononen mit niederdimensionalen Elektronensystemen ab. Traditionelle Untersuchungsmethoden, wie die Messung der elektrischen Leitfähigkeit oder der Thermospannung, erlauben nur eingeschränkte Aussagen. Sie mitteln über die beteiligten Phononenmoden und eine Trennung der einzelnen Wechselwirkungsmechanismen ist nur näherungsweise möglich ist. Demgegenüber erlaubt die in der Arbeit diskutierte Methode der winkel- und zeitaufgelösten Phononen-Spektroskopie ein direktes Studium des Beitrags einzelner Phononenmoden, d.h. in Abhängigkeit von Wellenzahlvektor und Polarisation der Phononen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Fragestellung, wie akustische Anisotropie und Ladungsträger-Confinement die Ergebnisse der winkel- und zeitaufgelösten Phononen-Spektroskopie beeinflussen und prägen. Dazu wird ein umfassendes theoretisches Modell zur Simulation von Phononen-Spektroskopie-Experimenten an niederdimensionalen Halbleitersystemen vorgestellt. Dieses erlaubt sowohl ein qualitatives Verständnis der ablaufenden physikalischen Prozesse als auch eine quantitative Analyse der Messergebnisse. Die Vorteile gegenüber anderen Modellen und Rechnungen liegen dabei in dem konsequenten Einbeziehen der akustischen Anisotropie, nicht nur für die Ausbreitung der Phononen, sondern auch für die Matrixelemente der Wechselwirkung, sowie eine saubere Behandlung des Confinements der Elektronen in den niederdimensionalen Systemen. Dabei werden die Grenzen weit verbreiteter Näherungsansätze für die Elektron-Phonon-Matrixelemente und das Elektronen-Confinement deutlich aufgezeigt. Für den quantitativen Vergleich mit realen Experimenten werden aber auch solche Größen, wie die endliche räumliche Ausdehnung von Phononenquelle und Detektor, die Streuung der Phononen an Verunreinigungen oder die Abschirmung der Elektron-Phonon-Kopplung durch die Elektron-Elektron-Wechselwirkung berücksichtigt.Im zweiten Teil der Arbeit wird der theoretische Apparat auf typische experimentelle Fragestellungen angewandt. Im Falle der Phonon-Drag-Experimente an GaAs/AlGaAs Heterostrukturen wird der durch akustische Nichtgleichgewichtsphononen in zwei- und eindimensionalen Elektronensystemen induzierte elektrische Strom (Phonon-Drag-Strom) als Funktion des Ortes der Phononenquelle bestimmt. Das in der Arbeit hergeleitete theoretische Modell kann die experimentellen Resultate für die Winkelabhängigkeit des Drag-Stromes sowohl für Messungen mit und ohne Magnetfeld qualitativ gut beschreiben. Außerdem wird der Einfluss unterschiedlicher Confinementmodelle und unterschiedlicher Wechselwirkungsmechanismen studiert. Dadurch ist es möglich, aus Phonon-Drag-Messungen Rückschlüsse auf die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der niederdimensionalen Elektronensysteme zu ziehen (Fermivektor, effektive Masse, Elektron-Phonon-Kopplungskonstanten, Form des Confinementpotentials). Als weiteres Anwendungsbeispiel wird das Problem der Energierelaxation (aufgeheizter)zweidimensionaler Elektronensysteme in GaAs Heterostrukturen und Quantentrögen untersucht. Für Elektronentemperaturen unterhalb 50 K werden die Gesamtemissionsrate als Funktion der Temperatur und die winkelaufgelöste Emissionsrate (als Funktion der Detektorposition) berechnet. Für beide Größen wird erstmals eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment gefunden. Es zeigt sich, dass akustische Anisotropie und Abschirmungseffekte zu überraschenden neuen Ergebnissen führen können. Ein Beispiel dafür ist der unerwartet große Beitrag der mittels Deformationspotential-Wechselwirkung emittierten transversalen akustischen Phononen, der bei einer Emission der Phononen näherungsweise senkrecht zum zweidimensionalen System beobachtet werden kann
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Valentin, Audrey. "Modélisation de l'effet tunnel à un électron dans les dispositifs à nanocristaux semiconducteurs : effet tunnel à un électron assisté par phonon". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00350414.
Abstract (sommario):
Dans le cadre d'une étude sur les dispositifs à nanocristaux (NC) de silicium, tels que les mémoires flash à nanocristaux et le transistor à un électron, ce travail de thèse a pour objectif de modéliser avec précision le transport d'électrons par effet tunnel entre deux nanocristaux ; cela impose de tenir compte de l'élargissement des niveaux d'énergie électronique dans les NC induit par le couplage entre les électrons et les phonons. Les modes de vibration des NC de silicium de tailles variables ont dans un premier temps été calculés en utilisant l'Adiabatic Bond Charge Model (ABCM). Les résultats obtenus présentent une très bonne concordance avec les spectres Raman expérimentaux. Les densités d'états (DOS) des nanocristaux de grande taille ont été comparées avec la DOS du silicium massif. Il apparaît que les DOS sont globalement très proches, excepté dans des gammes de fréquences spécifiques où des modes de surface, inexistants dans le cristal massif, ont été identifiés. L'interaction électron-phonon a alors été prise en compte par un calcul de fonctions spectrales. Les fréquences d'interaction électron-phonon obtenues sont très grandes par rapport aux fréquences de transfert tunnel : l'interaction avec les phonons suffit donc à garantir un transport séquentiel. Le transfert tunnel d'un nanocristal à l'autre a été modélisé grâce à ces fonctions spectrales. Le courant à travers un dispositif comprenant deux nanocristaux a été calculé. L'étude de l'influence des différents paramètres sur ce courant à travers le dispositif montre une évolution conforme aux résultats attendus.
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Babilotte, Philippe. "Génération et détection par impulsion optique femtoseconde de phonons acoustiques cohérents dans le semi-conducteur piézo-électrique d'arséniure de gallium". Phd thesis, Université du Maine, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00536049.
Abstract (sommario):
L'utilisation d'impulsions laser femtoseconde en technique pompe sonde est une technique commune en vue de générer et détecter des phonons acoustiques cohérents, dont les longueurs d'onde caractéristiques nanométriques sont adaptées à la caractérisation de nanostructures. Les caractéristiques de ces phonons cohérents peuvent être contrôlées par la connaissance du processus de transduction optoacoustique, dépendant de la longueur d'onde d'excitation optique et de l'intensité du laser. L'interaction laser-matière entre le faisceau de pompe optique et le semiconducteur conduit à l'existence de contraintes mécaniques (déformation de potentiel, thermo-élastique, électrostrictif, piézo-électrique). Les expériences et l'analyse théorique de la transduction opto-acoustique dans le GaAs, pour différents niveaux de dopage et/ou orientations cristallographiques ont été menées, et la dépendance du processus de transduction avec la fluence du rayonnement laser de pompe a été mise en évidence.
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Lehmann, Dietmar. "Phonon Spectroscopy and Low-Dimensional Electron Systems: The Effect of Acoustic Anisotropy and Carrier Confinement". Doctoral thesis, Technische Universität Dresden, 2004. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A24636.
Abstract (sommario):
The generation and propagation of pulses of nonequilibrium acoustic phonons and their interaction with semiconductor nanostructures are investigated. Such studies can give unique information about the properties of low-dimensional electron systems, but in order to interpret the experiments and to understand the underlying physics, a comparison with theoretical models is absolutely necessary. A central point of this work is therefore a universal theoretical approach allowing the simulation and the analysis of phonon spectroscopy measurements on low-dimensional semiconductor structures. The model takes into account the characteristic properties of the considered systems. These properties are the elastic anisotropy of the substrate material leading to focusing effects and highly anisotropic phonon propagation, the anisotropic nature of the different electron-phonon coupling mechanisms, which depend manifestly on phonon wavevector direction and polarization vector, and the sensitivity to the confinement parameters of the low-dimensional electron systems. We show that screening of the electron-phonon interaction can have a much stronger influence on the results of angle-resolved phonon spectroscopy than expected from transport measurements. Since we compare theoretical simulations with real experiments, the geometrical arrangement and the spatial extension of phonon source and detector are also included in the approach enabling a quantitative analysis of the data this way. To illustrate the influence of acoustic anisotropy and carrier confinement on the results of phonon spectroscopy in detail we analyse two different applications. In the first case the low-dimensional electron system acts as the phonon detector and the phonon induced drag current is measured. Our theoretical model enables us to calculate the electric current induced in low-dimensional electron systems by pulses of (ballistic) nonequilibrium phonons. The theoretical drag patterns reproduce the main features of the experimental images very well. The sensitivity of the results to variations of the confining potential of quasi-2D and quasi-1D electrons is demonstrated. This provides the opportunity to use phonon-drag imaging as unique experimental tool for determining the confinement lengths of low-dimensional electron systems. By comparing the experimental and theoretical images it is also possible to estimate the relative strength of the different electron-phonon coupling mechanisms.In the second application the low-dimensional electron system acts as the phonon pulse source and the angle and mode dependence of the acoustic phonon emission by hot 2D electrons is investigated. The results exhibit strong variations in the phonon signal as a function of the detector position and depend markedly on the coupling mechanism, the phonon polarization and the electron confinement width. We demonstrate that the ratio of the strengths of the emitted longitudinal (LA) and transverse (TA) acoustic phonon modes is predicted correctly only by a theoretical model that properly includes the effects of acoustic anisotropy on the electron-phonon matrix elements, the screening, and the form of the confining potential. A simple adoption of widely used theoretical assumptions, like the isotropic approximation for the phonons in the electron-phonon matrix elements or the use of simple variational envelope wavefunctions for the carrier confinement, can corrupt or even falsify theoretical predictions.We explain the `mystery of the missing longitudinal mode' in heat-pulse experiments with hot 2D electrons in GaAs/AlGaAs heterojunctions. We demonstrate that screening prevents a strong peak in the phonon emission of deformation potential coupled LA phonons in a direction nearly normal to the 2D electron system and that deformation potential coupled TA phonons give a significant contribution to the phonon signal in certain emission directions.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Ausbreitung von akustischen Nichtgleichgewichtsphononen und deren Wechselwirkung mit Halbleiter-Nanostrukturen. Güte und Effizienz moderner Halbleiter-Bauelemente hängen wesentlich vom Verständnis der Wechselwirkung akustischer Phononen mit niederdimensionalen Elektronensystemen ab. Traditionelle Untersuchungsmethoden, wie die Messung der elektrischen Leitfähigkeit oder der Thermospannung, erlauben nur eingeschränkte Aussagen. Sie mitteln über die beteiligten Phononenmoden und eine Trennung der einzelnen Wechselwirkungsmechanismen ist nur näherungsweise möglich ist. Demgegenüber erlaubt die in der Arbeit diskutierte Methode der winkel- und zeitaufgelösten Phononen-Spektroskopie ein direktes Studium des Beitrags einzelner Phononenmoden, d.h. in Abhängigkeit von Wellenzahlvektor und Polarisation der Phononen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Fragestellung, wie akustische Anisotropie und Ladungsträger-Confinement die Ergebnisse der winkel- und zeitaufgelösten Phononen-Spektroskopie beeinflussen und prägen. Dazu wird ein umfassendes theoretisches Modell zur Simulation von Phononen-Spektroskopie-Experimenten an niederdimensionalen Halbleitersystemen vorgestellt. Dieses erlaubt sowohl ein qualitatives Verständnis der ablaufenden physikalischen Prozesse als auch eine quantitative Analyse der Messergebnisse. Die Vorteile gegenüber anderen Modellen und Rechnungen liegen dabei in dem konsequenten Einbeziehen der akustischen Anisotropie, nicht nur für die Ausbreitung der Phononen, sondern auch für die Matrixelemente der Wechselwirkung, sowie eine saubere Behandlung des Confinements der Elektronen in den niederdimensionalen Systemen. Dabei werden die Grenzen weit verbreiteter Näherungsansätze für die Elektron-Phonon-Matrixelemente und das Elektronen-Confinement deutlich aufgezeigt. Für den quantitativen Vergleich mit realen Experimenten werden aber auch solche Größen, wie die endliche räumliche Ausdehnung von Phononenquelle und Detektor, die Streuung der Phononen an Verunreinigungen oder die Abschirmung der Elektron-Phonon-Kopplung durch die Elektron-Elektron-Wechselwirkung berücksichtigt.Im zweiten Teil der Arbeit wird der theoretische Apparat auf typische experimentelle Fragestellungen angewandt. Im Falle der Phonon-Drag-Experimente an GaAs/AlGaAs Heterostrukturen wird der durch akustische Nichtgleichgewichtsphononen in zwei- und eindimensionalen Elektronensystemen induzierte elektrische Strom (Phonon-Drag-Strom) als Funktion des Ortes der Phononenquelle bestimmt. Das in der Arbeit hergeleitete theoretische Modell kann die experimentellen Resultate für die Winkelabhängigkeit des Drag-Stromes sowohl für Messungen mit und ohne Magnetfeld qualitativ gut beschreiben. Außerdem wird der Einfluss unterschiedlicher Confinementmodelle und unterschiedlicher Wechselwirkungsmechanismen studiert. Dadurch ist es möglich, aus Phonon-Drag-Messungen Rückschlüsse auf die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der niederdimensionalen Elektronensysteme zu ziehen (Fermivektor, effektive Masse, Elektron-Phonon-Kopplungskonstanten, Form des Confinementpotentials). Als weiteres Anwendungsbeispiel wird das Problem der Energierelaxation (aufgeheizter)zweidimensionaler Elektronensysteme in GaAs Heterostrukturen und Quantentrögen untersucht. Für Elektronentemperaturen unterhalb 50 K werden die Gesamtemissionsrate als Funktion der Temperatur und die winkelaufgelöste Emissionsrate (als Funktion der Detektorposition) berechnet. Für beide Größen wird erstmals eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment gefunden. Es zeigt sich, dass akustische Anisotropie und Abschirmungseffekte zu überraschenden neuen Ergebnissen führen können. Ein Beispiel dafür ist der unerwartet große Beitrag der mittels Deformationspotential-Wechselwirkung emittierten transversalen akustischen Phononen, der bei einer Emission der Phononen näherungsweise senkrecht zum zweidimensionalen System beobachtet werden kann.
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Nicaise, Paul. "Développement de détecteurs à inductance cinétique pour l'infrarouge proche et le visible". Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2022. http://www.theses.fr/2022UPSLO013.
Abstract (sommario):
Les détecteurs à inductance cinétique (MKIDs) sont des résonateurs LC à haut facteur de qualité faits à partir de couches minces supraconductrices. Ils peuvent simultanément déterminer le temps d'arrivée de chaque photon en mesurant leur énergie sans optique supplémentaire. Grâce au pouvoir de multiplexage des MKIDs qui permet de facilement réaliser des matrices de plusieurs kilopixels, cette technologie est au centre de l'attention pour les nouvelles applications en astronomie. Parmi eux se trouve l'instrument SpectroPhotometric Imaging for Astronomy with Kinetic InductanceDetectors (SPIAKID), projet du GEPI à l'Observatoire de Paris. Nous utilisons la technologie MKID pour construire un spectrophotomètre composé de 20 000 pixels qui sera déployé sur le New Technology Telescope (NTT) de 3.6m au Chili à l'horizon 2025. SPIAKID s'intéressera à la population stellaire des galaxies naines ultra faibles du Groupe Local pour mieux comprendre la formation des galaxies ainsi que la matière noire. Nous présenterons dans ce travail de thèse un design novateur pour améliorer le couplage optique entre les photons incidents et la partie sensible du détecteurMicrowave Kinetic Inductance Detectors (MKIDs) are superconductive thin films LCresonators with high quality factors. They can simultaneously record single-photon events and measure their energy without any added optics. Combined with the ease of multiplexing thousands of pixels into a large array, MKIDs are now at the heart of current and upcoming ground-based astronomy applications .Among them is the SpectroPhotometric Imaging for Astronomy with Kinetic InductanceDetectors (SPIAKID) project at Paris Observatory. We are using MKID technologyto build a 20,000 pixels spectrophotometer that will be deployed in 2025 on the 3.6m New Technology Telescope (NTT) in Chile. SPIAKID aims to study the population andmetallicity of stars in Ultra Faint Dwarf (UFD) galaxies in the Local group to have abetter understanding of galaxy formation and evolution. We will present an original design intended to improve the optical coupling between incident photons and the absorber part of the detector
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Archambault, Alexandre. "Optique des ondes de surface : super-résolution et interaction matière-rayonnement". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678073.
Abstract (sommario):
Il existe au niveau d'interfaces séparant des milieux de constantes diélectriques de signes opposés des ondes électromagnétiques confinées à proximité de ces interfaces. On parle d'ondes de surface. C'est notamment le cas des métaux et des cristaux polaires : on parle alors de plasmons-polaritons de surface et de phonons-polaritons de surface respectivement. L'objectif de cette thèse est de revisiter certains aspects théoriques associés à ces ondes de surface.Dans un premier temps, en nous basant sur le formalisme de Green, nous donnons un moyen d'obtenir une expression du champ des ondes de surface sous forme de somme de modes. En présence de pertes, ces ondes ont nécessairement un vecteur d'onde ou une pulsation complexe. Nous donnons ainsi deux expressions de leur champ, correspondant à chacun de ces deux cas, et discutons de l'opportunité d'utiliser l'une ou l'autre de ces expressions.Nous posons par la suite les bases d'une optique de Fourier et d'une optique géométrique des ondes de surface. Nous montrons comment obtenir une équation de Helmholtz à deux dimensions pour les ondes de surface, un principe d'Huygens-Fresnel pour les ondes de surface, ainsi qu'une équation eikonale pour les ondes de surface, qui s'applique sous certaines hypothèses. Nous nous intéressons également à la superlentille proposée par Pendry, qui s'appuie sur les ondes de surface. Nous étudions notamment le fonctionnement de cette superlentille en régime impulsionnel, et montrons qu'en présence de pertes, il est possible d'obtenir une meilleure résolution avec certaines formes d'impulsion par rapport au régime harmonique, au prix d'une importante baisse de signal toutefois.Nous développons ensuite un traitement quantique des ondes de surface. Nous calculons au préalable une expression de leur énergie, et nous donnons une expression de leur hamiltonien et de leurs opérateurs champ. Sans pertes, nous montrons que le facteur de Purcell prédit par notre théorie quantique est rigoureusement égal au facteur de Purcell calculé avec des outils classiques. Nous comparons ensuite ce facteur de Purcell à celui calculé classiquement avec pertes, et montrons sur un exemple que les pertes peuvent être négligées dans de nombreux cas. Nous donnons enfin une expression des coefficients d'Einstein associés aux ondes de surface permettant d'étudier la dynamique de l'inversion de population d'un milieu fournissant un gain aux ondes de surface. Nous appliquons par la suite ce formalisme quantique à l'interaction électrons-phonons-polaritons de surface dans les puits quantiques, notamment leur interaction avec un mode de phonon du puits particulièrement confiné grâce à un effet de constante diélectrique proche de zéro (epsilon near zero, ENZ).
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Intronati, Guido Alfredo. "Relaxation de spin dans les semi-conducteurs dopés et dans les nanostructures à base de semi-conducteurs". Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01067064.
Abstract (sommario):
Dans cette thèse nous considérons un semi-conducteur de GaAs dopé, où nous étudions la relaxation du spin du côté métallique de la transition metal-isolant. Nous considérons deux types différents d'interaction de spin-orbite. Le premier d'entre eux est associé aux impuretés et l'autre est de type Dresselhaus. La dynamique du spin est traitée à travers une formulation analytique basée sur la diffusion du spin de l'électron, et un calcul numérique de la durée de vie du spin.Ensuite, nous considérons une boîte quantique hébergée dans un nanofil de matériau InAs (avec une structure cristalline de type wurtzite), afin d'étudier l'effet de l'interaction spin-orbite sur les états propres du système. Nous développons ici une solution analytique pour la boîte quantique en incluant l'interaction spin-orbite (de type Dresselhaus propre à la structure wurtzite). Nous avons calculé le facteur g effectif, ainsi que la relaxation du spin dûe aux phonons acoustiques, en utilisant les potentiels d'interaction electron-phonon propres à la structure wurtzite.
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Hamzeh, Hani. "Résolution de l’équation de transport de Boltzmann pour les phonons et applications". Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112371/document.
Abstract (sommario):
Cette thèse est consacrée à l’étude de la dynamique et du transport des phonons via la résolution de l’équation de transport de Boltzmann (ETB) pour les Phonons. Un ‘solveur’ Monte Carlo dédié à la résolution de l’ETB des phonons dans l’espace réciproque, prenant en compte tous les processus d’interactions Normaux et Umklapp à trois-phonons, est proposé. Une prise en compte rigoureuse des lois de conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement est entreprise. Des relations de dispersion réalistes, intégrant tous les modes de polarisations, sont considérées. Le calcul des taux d’interactions à trois-phonons de tous les processus Normaux et Umklapp est effectué en utilisant l’approche théorique due à Ridley qui ne nécessite qu’un unique paramètre semi-ajustable pour chaque mode de polarisation, nommément : le coefficient de couplage anharmonique représenté par les constantes de Grüneisen. Les taux d’interactions ainsi calculés ne servent pas uniquement à la résolution de l’ETB des phonons, mais ont permis aussi une analyse complète des canaux de relaxation des phonons longitudinaux optiques de centre de zone. Cette analyse a montré que le canal de Vallée-Bogani est négligeable dans le GaAs, et que vraisemblablement les temps de vie des phonons LO de centre de zone dans l’InAs et le GaSb rapportés dans la littérature sont fortement sous-estimés. Pour la première fois à notre connaissance, un couplage de deux solveurs Monte Carlo indépendants l’un dédié aux porteurs de charges (Thèse E. Tea) et l’autre dédié aux phonons, est effectué. Cela permet d’étudier l’effet des phonons chauds sur le transport des porteurs de charges. Cette étude a montré que l’approximation de temps de relaxation surestime souvent l’effet bottleneck des phonons. Le ‘solveur’ Monte Carlo est étendu pour résoudre l’ETB des phonons dans l’espace réel (en plus de l’espace réciproque), cela a permet d’étudier le transport des phonons et ainsi de la chaleur. La théorie généralisée de Ridley est toujours utilisée avec des particules de simulations qui interagissent les unes avec les autres directement. Les règles de conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement sont rigoureusement respectées. L’effet des processus Umklapp sur la quantité de mouvement totale des phonons est fidèlement traduit; tout comme l’effet des interactions sur les directions des phonons, grâce à une procédure prenant en compte les directions vectorielles respectives lors d’une interaction, au lieu, de la distribution aléatoire usuellement utilisée. Les résultats préliminaires montrent la limite de l’équation analytique de conduction de la chaleurThis work is dedicated to the study of phonon transport and dynamics via the solution of Boltzmann Transport Equation (BTE) for phonons. The Monte Carlo stochastic method is used to solve the phonon BTE. A solution scheme taking into account all the different individual types of Normal and Umklapp processes which respect energy and momentum conservation rules is presented. The use of the common relaxation time approximation is thus avoided. A generalized Ridley theoretical scheme is used instead to calculate three-phonon scattering rates, with the Grüneisen constant as the only adjustable parameter. A method for deriving adequate adjustable anharmonic coupling coefficients is presented. Polarization branches with real nonlinear dispersion relations for transverse or longitudinal optical and acoustic phonons are considered. Zone-center longitudinal optical (LO) phonon lifetimes are extracted from the MC simulations for GaAs, InP, InAs, and GaSb. Decay channels contributions to zone-center LO phonon lifetimes are investigated using the calculated scattering rates. Vallée-Bogani’s channel is found to have a negligible contribution in all studied materials, notably GaAs. A comparison of phonons behavior between the different materials indicates that the previously reported LO phonon lifetimes in InAs and GaSb were quite underestimated in the literature. For the first time, to our knowledge, a coupling of two independent Monte Carlo solvers, one for charge carriers [PhD manuscript, E. TEA], and one for phonons, is undertaken. Hot phonon effect on charge carrier dynamics is studied. It is shown that the relaxation time approximation overestimates the phonon bottleneck effect. The phonon MC solver is extended to solve the phonon’s BTE in real space simultaneously with the reciprocal space, to study phonon and heat transport. Ridley’s generalized theoretical scheme is utilized again with simulation particles interacting directly together. Energy and momentum conservation laws are rigorously implemented. Umklapp processes effect on the total phonon momentum is thoroughly reproduced, as for the anharmonic interactions effect on resulting phonon directions. This is thanks to a procedure taking in consideration the respective vector directions during an interaction, instead of the randomization procedure usually used in literature. Our preliminary results show the limit of the analytic macroscopic heat conduction equation
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Burgin, Julien. "Étude femtoseconde de la dynamique électroniqueet vibrationnelle de nano-objets métalliqueset de l'ordre local dans les verres". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00196959.
Abstract (sommario):
Ce travail a porté sur l'étude de la dynamique électronique et vibrationnelle de nano-objets métalliques en fonction de leur taille, forme et composition, ainsi que sur celle des modes de vibration dans les verres, par des techniques optiques résolues en temps à l'échelle femtoseconde. Dans des agrégats mono-métalliques de cuivre, nous avons confirmé l'accélération des échanges d'énergie électrons-réseau pour des tailles inférieures à 10 nm. Nous avons abordé le régime des faibles tailles, inférieures à 2 nm, et mis en évidence les limites d'une modélisation de type solide confiné. Dans les agrégats bi-métalliques nous avons montré que la cinétique des échanges d'énergie reflète la composition pour les composés or-argent mais est plus complexe pour des nanoparticules ségrégées nickel-argent. L'impact de la forme, de la structure et de l'environnement de nano-objets métalliques sur leurs modes de vibration acoustiques a été étudié dans différentes configurations. Les mesures réalisées sur un ensemble et des paires de nano-prismes ont permis de mettre en évidence les fluctuations locales de leur couplage avec le substrat. L'effet de la nano-structuration a été mis en évidence dans des nanocolonnes et dans des composés ségrégés. Par ailleurs, nous avons étudié par spectroscopie Raman impulsionnelle femtoseconde les modes vibrationnels associés à une structuration locale dans les verres. Nous avons ainsi caractérisé les « modes de défaut » dus aux vibrations de structures en anneau dans la silice, et leur évolution en fonction de sa densité. Dans l'oxyde de germanium, nous avons démontré l'existence et caractérisé un mode de vibration dû à la présence d'une structure en anneau.
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Levard, Hugo. "Ingénierie phononique pour les cellules solaires à porteurs chauds". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2015PA066013.pdf.
Abstract (sommario):
Cette thèse traite des problématiques fondamentales liées aux phonons dans le cadre des cellules solaires à porteurs chauds. Ce concept appartient aux technologies photo-voltaïques dites de troisième génération, et vise à l’extraction des porteurs de chargesphotogénérés non-encore à l’équilibre thermique avec le réseau cristallin, conduisant àun rendement théorique maximum de l’ordre de la limite thermodynamique. Un des enjeuxmajeurs est ainsi le ralentissement du refroidissement des porteurs, refroidissement qui setraduit principalement par l’émission de phonon LO via l’interactions électron-phonon.En plus de l’idée d’écranter ce dernier processus, une approche consiste à concevoir unmatériau absorbeur dans lequel le phonon LO présente un temps de vie intrinsèque pluslong qu’il ne l’est dans les matériaux classiques, favorisant ainsi sa réabsorption par lesporteurs. Dans une première partie, et utilisant la théorie de la fonctionnelle densité per-turbée, la décoposition du phonon LO est étudiée en terme d'états finaux disponibles. Suit une discussion sur le calcul du temps de vie de ces phonons, et sur la possibilité d’atteindre les critères phononiques définis comme suffisants. Dans une deuxième partie, une étude de l’interaction électron-phonon est menée dans les super-réseaux. La constante de couplage est reliée au champ électriquemacroscopique induit par le phonon LO, de sorte à pourvoir précisément rendre compte deson anisotropie. Il apparaît que la dimensionalité des populations électroniques et phononiques est différemment affectée. Cette étude appelle à développer l’analyse de ce type de structure dans le cadre des cellules à porteurs chaudsThis thesis deals with fundamental issues related to phonons in hot-carrier solar cells, athird generation photovoltaic technology. This concept aims at extracting photogeneratedcharge carriers before their reach a thermal equilibrium with the lattice, and exhibits a the-oretical efficiency close to thermodynamic limit. One of the main issue is to hinder carriercooling, which occurs through LO-phonon emission. In addition to the idea of screeningthe electron-phonon interaction, one approach consists in designing an absorber in which theLO-phonon has an intrinsic lifetime longer than what it is in conventional materials, en-hancing the rate of its reabsorption by the carriers. The LO-phonon decay and lifetimeis first investigated in semiconductors within density functional perturbation theory. Spe-cific criteria for relevant absorbing materials choosing, from a phonon point of view, arederived. A full study of the LO-phonon lifetime is performed on a singular material, andthe possibility to achieve the sufficient phononic requierements is discussed. Secondly, theabove-mentioned electron-phonon interaction is modelled in superlattices. The couplingstrength is related to the LO-phonon induced macroscopic electric field, which allows tostudy the directional dependence of the phonon emission. The latter reveals to differentlyaffect the dimensionality of the electronic and phononic interacting populations. Thisstudy calls for development of these structure in the framewok of hot-carrier solar cells
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Lee, Youseung. "Traitement quantique original des interactions inélastiques pour la modélisation atomistique du transport dans les nano-structures tri-dimensionnelles". Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0345.
Abstract (sommario):
Le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre (NEGF pour « Non-equilibrium Green’s function) a suscité au cours des dernières décennies un engouement fort pour étudier les propriétés du transport quantique des nanostructures et des nano-dispositifs dans lesquels les interactions inélastiques, comme la diffusion des électrons-phonons, jouent un rôle significatif. L'incorporation d'interactions inélastiques dans le cadre du NEGF s’effectue généralement dans l'approximation auto-cohérente de Born (SCBA pour « Self-consistent Born approximation) qui représente une approche itérative plus exigeante en ressources numériques. Nous proposons dans ce travail de thèse une méthode efficace alternative dite LOA pour (« Lowest Order Approximation. Son principal avantage est de réduire considérablement le temps de calcul et de décrire physiquement la diffusion électron-phonon. Cette approche devrait considérablement étendre l'accessibilité de l'utilisation de codes atomistiques de transport quantique pour étudier des systèmes 3D réalistes sans faire à des ressources numériques importantesNon-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism during recent decades has attracted numerous interests for studying quantum transport properties of nanostructures and nano-devices in which inelastic interactions like electron-phonon scattering have a significant impact. Incorporation of inelastic interactions in NEGF framework is usually performed within the self-consistent Born approximation (SCBA) which induces a numerically demanding iterative scheme. As an alternative technique, we propose an efficient method, the so-called Lowest Order Approximation (LOA) coupled with the Pade approximants. Its main advantage is to significantly reduce the computational time, and to describe the electron-phonon scattering physically. This approach should then considerably extend the accessibility of using atomistic quantum transport codes to study three-dimensional (3D) realistic systems without requiring numerous numerical resources
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Statz, Eric R. (Eric Robert). "Phonon polariton interaction with patterned materials". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1721.1/43770.
Abstract (sommario):
Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Chemistry, 2008.Vita.
Includes bibliographical references (p. 139-144).
The generation, propagation and detection of THz phonon polaritons are studied through both femtosecond pump-probe techniques, and Finite Difference Time Domain (FDTD) simulations in this thesis. The theory surrounding the driving, propagation and detection of these modes is treated in a consistent notational system for both analytical solutions and approximate simulated responses. FDTD simulations in one, two and three dimensions are designed to best mimic lab experimental parameters, with various approximations of both THz pumping and probing developed. Various improvements on the FDTD method with the goal of more rapid simulations and more accurately described simulations of lab experiments from generation to detection are considered and developed. Experiments on phonon-polaritons interacting with periodicity and confinement in one, two, and three dimensions are all considered, and methods of data processing developed. By comparing FDTD simulation results to experimental results, the full three dimensional fields within these crystals can be investigated, and in many cases fully defined. The methods demonstrated open up new possibilities for THz spectroscopy in waveguides, microfluidics, and related platforms that include THz generation, propagation, interaction with the sample material, and detection in a compact, integrated structure. The methods also enable the proper description of large-amplitude THz generation and applications in nonlinear THz spectroscopy. Finally, linear and nonlinear THz signal processing applications my exploit the experimental and modeling methods described in this thesis.
by Eric R. Statz.
Ph.D.
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Lee, Youseung. "Traitement quantique original des interactions inélastiques pour la modélisation atomistique du transport dans les nano-structures tri-dimensionnelles". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0345.
Abstract (sommario):
Le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre (NEGF pour « Non-equilibrium Green’s function) a suscité au cours des dernières décennies un engouement fort pour étudier les propriétés du transport quantique des nanostructures et des nano-dispositifs dans lesquels les interactions inélastiques, comme la diffusion des électrons-phonons, jouent un rôle significatif. L'incorporation d'interactions inélastiques dans le cadre du NEGF s’effectue généralement dans l'approximation auto-cohérente de Born (SCBA pour « Self-consistent Born approximation) qui représente une approche itérative plus exigeante en ressources numériques. Nous proposons dans ce travail de thèse une méthode efficace alternative dite LOA pour (« Lowest Order Approximation. Son principal avantage est de réduire considérablement le temps de calcul et de décrire physiquement la diffusion électron-phonon. Cette approche devrait considérablement étendre l'accessibilité de l'utilisation de codes atomistiques de transport quantique pour étudier des systèmes 3D réalistes sans faire à des ressources numériques importantesNon-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism during recent decades has attracted numerous interests for studying quantum transport properties of nanostructures and nano-devices in which inelastic interactions like electron-phonon scattering have a significant impact. Incorporation of inelastic interactions in NEGF framework is usually performed within the self-consistent Born approximation (SCBA) which induces a numerically demanding iterative scheme. As an alternative technique, we propose an efficient method, the so-called Lowest Order Approximation (LOA) coupled with the Pade approximants. Its main advantage is to significantly reduce the computational time, and to describe the electron-phonon scattering physically. This approach should then considerably extend the accessibility of using atomistic quantum transport codes to study three-dimensional (3D) realistic systems without requiring numerous numerical resources
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Levard, Hugo. "Ingénierie phononique pour les cellules solaires à porteurs chauds". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066013/document.
Abstract (sommario):
Cette thèse traite des problématiques fondamentales liées aux phonons dans le cadre des cellules solaires à porteurs chauds. Ce concept appartient aux technologies photo-voltaïques dites de troisième génération, et vise à l’extraction des porteurs de chargesphotogénérés non-encore à l’équilibre thermique avec le réseau cristallin, conduisant àun rendement théorique maximum de l’ordre de la limite thermodynamique. Un des enjeuxmajeurs est ainsi le ralentissement du refroidissement des porteurs, refroidissement qui setraduit principalement par l’émission de phonon LO via l’interactions électron-phonon.En plus de l’idée d’écranter ce dernier processus, une approche consiste à concevoir unmatériau absorbeur dans lequel le phonon LO présente un temps de vie intrinsèque pluslong qu’il ne l’est dans les matériaux classiques, favorisant ainsi sa réabsorption par lesporteurs. Dans une première partie, et utilisant la théorie de la fonctionnelle densité per-turbée, la décoposition du phonon LO est étudiée en terme d'états finaux disponibles. Suit une discussion sur le calcul du temps de vie de ces phonons, et sur la possibilité d’atteindre les critères phononiques définis comme suffisants. Dans une deuxième partie, une étude de l’interaction électron-phonon est menée dans les super-réseaux. La constante de couplage est reliée au champ électriquemacroscopique induit par le phonon LO, de sorte à pourvoir précisément rendre compte deson anisotropie. Il apparaît que la dimensionalité des populations électroniques et phononiques est différemment affectée. Cette étude appelle à développer l’analyse de ce type de structure dans le cadre des cellules à porteurs chaudsThis thesis deals with fundamental issues related to phonons in hot-carrier solar cells, athird generation photovoltaic technology. This concept aims at extracting photogeneratedcharge carriers before their reach a thermal equilibrium with the lattice, and exhibits a the-oretical efficiency close to thermodynamic limit. One of the main issue is to hinder carriercooling, which occurs through LO-phonon emission. In addition to the idea of screeningthe electron-phonon interaction, one approach consists in designing an absorber in which theLO-phonon has an intrinsic lifetime longer than what it is in conventional materials, en-hancing the rate of its reabsorption by the carriers. The LO-phonon decay and lifetimeis first investigated in semiconductors within density functional perturbation theory. Spe-cific criteria for relevant absorbing materials choosing, from a phonon point of view, arederived. A full study of the LO-phonon lifetime is performed on a singular material, andthe possibility to achieve the sufficient phononic requierements is discussed. Secondly, theabove-mentioned electron-phonon interaction is modelled in superlattices. The couplingstrength is related to the LO-phonon induced macroscopic electric field, which allows tostudy the directional dependence of the phonon emission. The latter reveals to differentlyaffect the dimensionality of the electronic and phononic interacting populations. Thisstudy calls for development of these structure in the framewok of hot-carrier solar cells
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Hamzeh, Hani. "Résolution de l'équation de transport de Boltzmann pour les phonons et applications". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00778705.
Abstract (sommario):
Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique et du transport des phonons via la résolution de l'équation de transport de Boltzmann (ETB) pour les Phonons. Un 'solveur' Monte Carlo dédié à la résolution de l'ETB des phonons dans l'espace réciproque, prenant en compte tous les processus d'interactions Normaux et Umklapp à trois-phonons, est proposé. Une prise en compte rigoureuse des lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement est entreprise. Des relations de dispersion réalistes, intégrant tous les modes de polarisations, sont considérées. Le calcul des taux d'interactions à trois-phonons de tous les processus Normaux et Umklapp est effectué en utilisant l'approche théorique due à Ridley qui ne nécessite qu'un unique paramètre semi-ajustable pour chaque mode de polarisation, nommément : le coefficient de couplage anharmonique représenté par les constantes de Grüneisen. Les taux d'interactions ainsi calculés ne servent pas uniquement à la résolution de l'ETB des phonons, mais ont permis aussi une analyse complète des canaux de relaxation des phonons longitudinaux optiques de centre de zone. Cette analyse a montré que le canal de Vallée-Bogani est négligeable dans le GaAs, et que vraisemblablement les temps de vie des phonons LO de centre de zone dans l'InAs et le GaSb rapportés dans la littérature sont fortement sous-estimés. Pour la première fois à notre connaissance, un couplage de deux solveurs Monte Carlo indépendants l'un dédié aux porteurs de charges (Thèse E. Tea) et l'autre dédié aux phonons, est effectué. Cela permet d'étudier l'effet des phonons chauds sur le transport des porteurs de charges. Cette étude a montré que l'approximation de temps de relaxation surestime souvent l'effet bottleneck des phonons. Le 'solveur' Monte Carlo est étendu pour résoudre l'ETB des phonons dans l'espace réel (en plus de l'espace réciproque), cela a permet d'étudier le transport des phonons et ainsi de la chaleur. La théorie généralisée de Ridley est toujours utilisée avec des particules de simulations qui interagissent les unes avec les autres directement. Les règles de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement sont rigoureusement respectées. L'effet des processus Umklapp sur la quantité de mouvement totale des phonons est fidèlement traduit; tout comme l'effet des interactions sur les directions des phonons, grâce à une procédure prenant en compte les directions vectorielles respectives lors d'une interaction, au lieu, de la distribution aléatoire usuellement utilisée. Les résultats préliminaires montrent la limite de l'équation analytique de conduction de la chaleur.
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MartiÌnez, Charles E. "Phonon interactions in gallium nitride nanostructures". Thesis, University of Nottingham, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.430567.
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Metzler, Florian. "Experiments to investigate phonon-nuclear interactions". Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2019. https://hdl.handle.net/1721.1/121824.
Abstract (sommario):
Thesis: S.M., Massachusetts Institute of Technology, Department of Nuclear Science and Engineering, 2019Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 103-107).
This thesis presents a series of experiments conducted by the author between 2016 and 2018 that were designed to test for and investigate a proposed phonon-nuclear coupling interaction and an associated nuclear excitation transfer mechanism. Electric and magnetic interactions of phonons with atomic nuclei have been studied for several decades. However, such second-order interactions are too weak to induce nuclear state changes. Hagelstein and Chaudhary recently identified the possibility of a stronger, first-order phonon-nuclear interaction, based on the boost correction associated with the nucleon-nucleon potential for nuclei embedded in a condensed matter environment. Because the newly proposed interaction follows from the relativistic (Dirac) treatment of nucleons, Hagelstein and Chaudhary refer to this interaction as relativistic phonon-nuclear coupling.
Relativistic phonon-nuclear coupling implies the possibility of phonon-mediated nuclear excitation transfer where in the process of absorbing and emitting phonons, energy can transfer from excited state nuclei to nearby ground state nuclei, analogous to widely studied excitation transfer at the atomic and molecular level. To test for and investigate these theoretical conjectures, we prepared samples with a combination of ground state and excited state Fe-57 nuclei (from beta-decaying Co-57) attached to a steel substrate. Samples then underwent treatment by inducing vibrations via ultrasound or mechanical stress. Simultaneously, time histories of radioactive emission were recorded at different locations. Early experiments with vibrations induced at the MHz level via ultrasound transducers yielded negative results and no variations in radioactive emission were observed. However, in conjunction with mechanical stress, deviations from expected emission were observed.
After applying mechanical stress to a sample, we observed a 19% enhancement above expected levels of 14.4 keV gamma emission from Fe-57 and a 17% enhancement above expected levels of Fe K-alpha emission (which to a large extent is driven by internal conversion from the 14.4 keV nuclear transition). The enhancements decayed away with a time constant of about 2.5 days. At the same time, emission on the Sn K-alpha line (driven by fluorescence of Sn in the steel) was consistent with the expected exponential decay of Co-57 at the 1% level, suggesting detector integrity. Similar deviations from expected emission were observed by two additional detectors in different locations. Further experimentation exhibited a high level of reproducibility of the observed effects. By now, evidence for the effects have been seen in seven different detectors and in six different experimental configurations. In some experiments, reductions instead of enhancements can be observed.
Moreover, we observe differences in the ratio of 14.4 keV gamma and Fe K-alpha emissions across experiments. To explain reported observations, we propose that the temporary enhancements and reductions of emission originate from phonon-mediated nuclear excitation transfer and are caused by resulting delocalization and angular anisotropy effects. Delocalization can result from excitation transferring into the steel substrate and across the Co-57/Fe-57 residue. Angular anisotropy can follow from phase coherence at neighboring sites as a result of resonant excitation transfer. Furthermore, observed differences in the incremental emission of 14.4 keV gamma and Fe K-alpha emission suggests that a new channel for internal conversion is opened in off-resonant states present in excitation transfer. We motivate and discuss the conjectured mechanisms as well as alternative candidate explanations and conclude that the latter do not suffice to account for the reported observations.
Finally, we present limitations of this work to date and point at avenues for further research and clarification. Relativistic phonon-nuclear coupling and nuclear excitation transfer have the potential to form new tools in the toolbox of nuclear engineers. The further pursuit of research in this area could lead to the use of phonons in a wide range of applications: for mixing nuclear states; for generating angular anisotropy or inducing beam formation; and potentially for exciting or de-exciting atomic nuclei in applications otherwise reliant on photons. This, in turn, could lead to many nuclear engineering applications becoming more economical as well as less hazardous.
by Florian Metzler.
S.M.
S.M. Massachusetts Institute of Technology, Department of Nuclear Science and Engineering
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Yang, Xiaodong. "Effects of Electron-Phonon Interaction in Metals". Diss., Temple University Libraries, 2010. http://cdm16002.contentdm.oclc.org/cdm/ref/collection/p245801coll10/id/83903.
Abstract (sommario):
PhysicsPh.D.
Phonons and electrons are two types of excitations which are responsible for many properties of condensed matter materials. The interaction between them plays an important role in condensed matter physics. In this thesis we present some theoretical investigations of the effects due to the interactions between phonons and electrons interactions. We show evidence that a structural martensitic transition is related to significant changes in the electronic structure, as revealed in thermodynamic measurements made in high magnetic fields. The effect of the magnetic field is considered unusual, as many influential investigations of martensitic transitions have emphasized that the structural transitions are primarily lattice dynamical and are driven by the entropy due to the phonons. We provide a theoretical frame-work which can be used to describe the effect of a magnetic field on the lattice dynamics in which the field dependence originates from the dielectric constant. The temperature-dependence of the phonon spectrum of alpha-uranium has recently been measured by Manley et al. using inelastic neutron scattering and x-ray scattering techniques. Although there is scant evidence of anharmonic interactions, the phonons were reported to show some softening of the optic modes at the zone boundary. The same group of authors later reported that an extra vibrational mode was observed to form at a temperature above 450 K. The existence of the proposed new mode is inconsistent with the usual theory of harmonic phonons, as applied to a structure composed of a monoclinic Bravais lattice with a two-atom basis. We investigate the effect that the f electron-phonon interaction has on the phonon spectrum and its role on the possible formation of a breathing mode of mixed electronic and phonon character. We examine the model by using Green’s function techniques to obtain the phonon spectral density. Some materials undergo phase transitions from a high temperature state with periodic translational invariance to a state in which the electronic charge density is modulated periodically. The wave vector of the modulation may be either commensurate or incommensurate with the reciprocal lattice vectors of the high temperature structure. In the case of an incommensurate charge density wave, the system supports phason excitation. For an incommensurate state, the new ground state has a lower symmetry than the high temperature state since the charge density does not have long-ranged periodic translational order. If the metal is ideal (with no impurities), a charge density wave should be able to slide throughout the crystal without resistance, resulting in current flow similar to that of a superconductor. The phason is an excitation of the charge density wave which is related to the collective motion of electrons. We estimate the phason density of states, and the phason contribution to the specific heat. Angle-resolved photoemission experiments have been performed on USb2, and very narrow quasiparticle peaks have been observed in a band which local spin-density approximation (LSDA) predicts to osculate the Fermi energy. The observed band is found to be depressed by 17 meV below the Fermi energy. The experimentally observed quasiparticle dispersion relation for this band exhibits a kink at an energy of about 23 meV below the Fermi energy. The kink is not found in LSDA calculations and, therefore, is attributable to a change in the quasiparticle mass renormalization by a factor of approximately 2. The existence of a kink in the quasiparticle dispersion relation of a band which does not cross the Fermi energy is unprecedented. The kink in the quasiparticle dispersion relation is attributed to the effect of the interband self-energy involving transitions from the osculating band into a band that does cross the Fermi energy.
Temple University--Theses
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Rösch, Oliver. "Electron phonon interaction in strongly correlated materials". [S.l. : s.n.], 2005. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-24707.
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Poinsotte, Fanny. "Son et matière nanostructurée : diffusion Raman et acoustique picoseconde". Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30157.
Abstract (sommario):
Les interactions entre les phonons acoustiques et les autres excitations élémentaires de la matière joue un rôle capital dans le comportement des systèmes structurés à l'échelle nanométrique. L'originalité de cette contribution réside dans l'utilisation conjointe de deux techniques expérimentales différentes permettant de sonder ces interactions, l'une dans le domaine fréquentiel, s'appuyant sur l'étude de la diffusion Raman basses fréquences par les phonons acoustiques, l'autre dans le domaine temporel, l'acoustique picoseconde. Nous nous sommes intéressés à des systèmes variés présentant des effets de confinement électronique et/ou acoustique (Bqs, membranes libres, systèmes types SOIs). Ces études nous ont permis de mettre en évidence en particulier : - la génération efficace de phonons acoustiques dans des BQs semiconductrices - le rôle déterminant des effets de cavité optique et acoustique dans la diffusion inélastique de la lumière dans de fines couches de siliciumElectron-acoustic phonon interaction is a crucial issue in nanophysics, as it determines the properties of many nanostructured devices. In this contribution, two different experimental techniques were originally used to probe phonon-carrier interactions. Raman scattering by acoustical phonons provides a picture of the structure and interactions in reciprocal space. Ultrafast time-resolved pump-probe experiment allows one to investigate acoustic wave propagation and interactions in real space. By comparing systematically experiments and simulations, a thorough and sound understanding of the coupling mechanisms has been achieved. Several systems displaying electronic and/or acoustical confinement were investigated (quantum dots, free standing membranes, SOIs). In particular, it was shown that : semiconductor quantum dots display very effective acoustic phonon generation optical and acoustical cavity effects have to be considered in the inelastic light scattering from thin silicon layers
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Sergueev, Nikolai. "Electron-phonon interactions in molecular electronic devices". Thesis, McGill University, 2005. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=102171.
Abstract (sommario):
Over the past several decades, semiconductor electronic devices have been miniaturized following the remarkable "Moores law". If this trend is to continue, devices will reach physical size limit in the not too distance future. There is therefore an urgent need to understand the physics of electronic devices at nano-meter scale, and to predict how such nanoelectronics will work. In nanoelectronics theory, one of the most important and difficult problems concerns electron-phonon interactions under nonequilibrium transport conditions. Calculating phonon spectrum, electron-phonon interaction, and their effects to charge transport for nanoelectronic devices including all atomic microscopic details, is a very difficult and unsolved problem. It is the purpose of this thesis to develop a theoretical formalism and associated numerical tools for solving this problem.In our formalism, we calculate electronic Hamiltonian via density functional theory (DFT) within the nonequilibrium Green's functions (NEGF) which takes care of nonequilibrium transport conditions and open device boundaries for the devices. From the total energy of the device scattering region, we derive the dynamic matrix in analytical form within DFT-NEGF and it gives the vibrational spectrum of the relevant atoms. The vibrational spectrum together with the vibrational eigenvector gives the electron-phonon coupling strength at nonequilibrium for various scattering states. A self-consistent Born approximation (SCBA) allows one to determine the phonon self-energy, the electron Green's function, the electronic density matrix and the electronic Hamiltonian, all self-consistently within equal footing. The main technical development of this work is the DFT-NEGF-SCBA formalism and its associated codes.
A number of important physics issues are studied in this work. We start with a detailed analysis of transport properties of C60 molecular tunnel junction. We find that charge transport is mediated by resonances due to an alignment of the Fermi level of the electrodes and the lowest unoccupied C60 molecular orbital. We then make a first step toward the problem of analyzing phonon modes of the C60 by examining the rotational and the center-of-mass motions by calculating the total energy. We obtain the characteristic frequencies of the libration and the center-of-mass modes, the latter is quantitatively consistent with recent experimental measurements. Next, we developed a DFT-NEGF theory for the general purpose of calculating any vibrational modes in molecular tunnel junctions. We derive an analytical expression for dynamic matrix within the framework of DFT-NEGF. Diagonalizing the dynamic matrix we obtain the vibrational (phonon) spectrum of the device. Using this technique we calculate the vibrational spectrum of benzenedithiolate molecule in a tunnel junction and we investigate electron-phonon coupling under an applied bias voltage during current flow. We find that the electron-phonon coupling strength for this molecular device changes drastically as the bias voltage increases, due to dominant contributions from the center-of-mass vibrational modes of the molecule. Finally, we have investigated the reverse problem, namely the effect of molecular vibrations on the tunneling current. For this purpose we developed the DFT-NEGF-SCBA formalism, and an example is given illustrating the power of this formalism.
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Leadley, David Romwald. "Electron-phonon interactions in low dimensional structures". Thesis, University of Oxford, 1989. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:3e8fe3de-4c61-48ac-a475-050b76901a6f.
Abstract (sommario):
Transport properties of the two-dimensional electron gas (2DEG) in high magnetic fields are used to investigate scattering processes affecting the resistivity of GaAs-GaAlAs and GaInAs-InP heterojunctions and quantum wells: especially coupling of electrons to acoustic and optic phonons; and transitions between electric subbands. The experiments fall into two groups: A systematic study of magnetophonon resonance (MPR) between 30K and 300K. Resonance positions indicate a coupling substantially below the LO phonon energy, expected from 3D measurements. GaAs-GaAlAs hetero junctions show amplitudes varying smoothly with electron density (ns) and closely related to the 4K mobility. On rotation in magnetic field they decrease rapidly as the resonance position returns to the LO value. In modulation doped structures the damping factor is determined by remote impurity scattering. As ns is increased in GaInAs-InP the coupling frequency decreases dramatically from the GaAs-like LO at 272cm-1 to the InAs-like TO at 226cm-1. At higher electric fields the 'normal' MPR maxima invert, starting at low magnetic fields, to form 'hot electron' MPR minima, with maximum amplitude at ~60K. This is the first direct observation of HEMPR in 2D and is explained in a diffusion picture. At lower electric fields, additional resonances are identified with resonant cooling by inter-subband scattering. Comparisons are made with calculations and explanations sought including consideration of interface phonons; coupled plasmon-phonon modes; and shifts of the resonance positions due to the shape of the density of states. Low temperature magnetoresistance measurements in GaAs-GaAlAs heterojunctions with more than one occupied electric subband. Shubnikov-de Haas oscillations in perpendicular magnetic fields contain non-additive terms at electron temperatures > 2K where acoustic phonon mediated inter-subband scattering is comparable to intra-subband scattering. Subband separations and greatly enhanced g-factors [largest for electrons in the upper subband ] are deduced from the oscillations. Damping of the oscillations in field, gives values for quantum lifetimes (τs), much smaller than τtʼ, deduced from mobility. With two subbands occupied τs is always largest for the upper subband, while relative sizes of τt depend on sample quality. Study of electron energy loss rates, from thermal damping of the oscillations, shows enhancement in the region kTe ~ ħωcʼ, which is evidence for cyclotron phonon emission. Depopulating subbands in parallel fields causes the resistance to drop, by up to 60%, due to suppression of inter-subband scattering. Systematic studies show this scattering rate is independent of ns.
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Montgomery, M. J. "Ineleastic electron-phonon interactions in atomic wires". Thesis, Queen's University Belfast, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.411758.
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Galda, Alexey. "Electronic properties of Luttinger Liquid with electron-phonon interaction". Thesis, University of Birmingham, 2013. http://etheses.bham.ac.uk//id/eprint/4293/.
Abstract (sommario):
This thesis addresses a theoretical study of the problem of a single impurity embedded in a one-dimensional system of interacting electrons in presence of electron-phonon coupling. First we consider a system with a featureless point-like potential impurity, followed by the case of a resonant level hybridised with a Luttinger Liquid. The stress is made on a more fundamental problem of a featureless scatterer, for which two opposite limits in the impurity strength are considered: a weak scatterer and a weak link. We have found that, regardless of the transmission properties of phonons through the impurity, the scaling dimensions of the conductance in these limits obey the duality condition, \( \triangle_{WS}\) \( \triangle_{WL}\) = 1, known for the Luttinger Liquid in the absence of phonons. However, in the case when the strength of phonon scattering is correlated with electron scattering by the impurity, we find a nontrivial phase diagram with up to three fixed points and a possibility of a metal-insulator transition. We also consider the case of a weakly interacting electron-phonon system in the presence of a single impurity of an arbitrary scattering potential. In the problem of a resonant level attached to the Luttinger Liquid we show that the electron-phonon coupling significantly modifies the effective energy-dependent width of the resonant level in two different geometries, corresponding to the resonant and anti-resonant transmission in the Fermi gas.
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Davenport, Anthony. "The electron-phonon interaction in graphitic materials and superconductors". Thesis, Open University, 2014. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.663225.
Abstract (sommario):
In this thesis we study the effects of the interaction between electrons and phonon modes in condensed matter systems. We explore two theoretical outcomes of theelectron-phonon interaction: Charge wave order and superconductivity. The main aims of this thesis are to establish ways of making graphitic materials useful for digital computing, and to investigate unconventional forms of superconductivity. Low order perturbation theory is combined with a Green's function analysis to calculate electron band gaps in a bilayer graphitic material that. forms electron-phonon interactions via an adjacent polarisable substrate. Self-consistent equations are derived and computationally solved to examine band gap enhancement in bilayer graphene and bilayer boron nitride. We also compare results for several different systems to identify the most promising ones for future developments. Our results show a promising new method of gap creation, for gaps of up to leV, in a simple bilayer graphene system where the electron-phonon interaction causes enhanced charge density wave order. The possibility of three-dimensional high temperature bipolaronic superconductivity is examined numerically through continuous-time quantum Monte Carlo simulations backed up by an exact analytical approximation for large phonon-frequency. Bose-Einstein condensation of bipolarons in a cubic system is estimated to occur at temperatures as high as 90-120K at low carrier concentrations, where bipolarons are small and mobile. We also develop formalism for calculating the superconducting band gap of BCS like superconductivity in intercalated graphitic materials (IGMs). Green's function analysis combined with low order perturbation theory is used to derive a set of generalised self-consistent equations designed to accommodate the tight binding parameters of all IGMs.
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SANGIOVANNI, GIORGIO. "The electron-phonon interaction in strongly correlated electron systems". Doctoral thesis, La Sapienza, 2004. http://hdl.handle.net/11573/917137.
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Hardikar, Rahul Padmakar. "Dynamic electron-phonon interactions in one-dimensional models". Diss., Mississippi State : Mississippi State University, 2007. http://library.msstate.edu/etd/show.asp?etd=etd-11092007-143010.
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Ye, Zhou. "Mechanism and the Effect of Microwave-Carbon Nanotube Interaction". Thesis, University of North Texas, 2005. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc4919/.
Abstract (sommario):
A series of experimental results about unusual heating of carbon nanotubes by microwaves is analyzed in this dissertation. Two of vibration types, cantilever type (one end is fixed and the other one end is free), the second type is both ends are fixed, have been studied by other people. A third type of forced vibration of carbon nanotubes under an alternating electromagnetic field is examined in this paper. Heating of carbon nanotubes (CNTs) by microwaves is described in terms of nonlinear dynamics of a vibrating nanotube. Results from the model provide a way to understand several observations that have been made. It is shown that transverse vibrations of CNTs during microwave irradiation can be attributed to transverse parametric resonance, as occurs in the analysis of Melde's experiment on forced longitudinal vibrations of a stretched elastic string. For many kinds of carbon nanotubes (SWNT, DWNT, MWNT, ropes and strands) the resonant parameters are found to be located in an unstable region of the parameter space of Mathieu's equation. Third order wave equations are used to qualitatively describe the effects of phonon-phonon interactions and energy transfer from microwaves to CNTs. This result provides another way to input energy from microwaves to carbon nanotubes besides the usual Joule heating via electron-phonon interaction. This model appears to be the first to point out the role of nonlinear dynamics in the heating of CNTs by microwaves.
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Rizzo, Francesco, Francesco Rizzo, Francesco Rizzo, FRANCESCO RIZZO e Francesco Rizzo. "Transport Properties and Electron-Phonon Interaction in the Normal State of High Temperature Superconductors". Doctoral thesis, La Sapienza, 2005. http://hdl.handle.net/11573/917307.
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Dufåker, Daniel, Karlsson Fredrik, L. O. Mereni, V. Dimastrodonato, G. Juska, E. Pelucchi e Per-Olof Holtz. "Evidence of nonadiabatic exciton-phonon interaction probed by second-order LO-phonon replicas of single quantum dots". Linköpings universitet, Halvledarmaterial, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-90677.
Abstract (sommario):
In this experimental study of single InGaAs/GaAs quantum dots (QDs) the photoluminescence intensity of the second order LO-phonon replica of the excitonic interband recombination was measured along with the intensities of the first and zeroth orders. The results show that the intensity of the second-order replica is three to four times stronger than expected from the adiabatic Huang-Rhys theory, indicating that the neglected nonadiabaticity plays an important role for the understanding of the exciton-phonon coupling in QDs.Funding Agencies|Science Foundation Ireland|05/IN.1/I2510/IN.1/I3000|Swedish Research Council (VR)||K. A. Wallenberg Foundation||Swedish Government Strategic Research Area in Materials Science on Functional Materials at Linkoping University (Faculty Grant SFO-Mat-LiU)|2009-00971|
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Persson, Jacob. "Magnon-Phonon Coupling". Thesis, Uppsala universitet, Materialteori, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-377297.
Abstract (sommario):
Recent experimental and theoretical studies have found evidence of coupled interactions between magnons and phonons. The aim of this study is to construct a model of coupled magnons and phonons, as well as analysing their frequency spectrum. The model is derived by quantizing spin and lattice degrees of freedom, and the frequency spectrum is derived by solving the equations of motion. We found that both the strength and the composition of the coupled interactions affect the frequencies of magnons and phonons, with emphasis on the magnons. Their frequencies are imaginary close to the center of the Brillouin zone, which opens questions for future research.