Contact: Luc ORTEGA

Etude par diffraction X de la propagation des ondes acoustiques de surface

L’étude par diffraction X de la propagation des ondes acoustiques de surface (SAW, Surface Acoustic Wave) dans les matériaux est une méthode originale permettant de visualiser et de mesurer les paramètres caractéristiques de la propagation comme l’amplitude de l’onde, l’angle de flux d’énergie ou son atténuation. Le rayonnement X est sensible aux distorsions du réseau cristallin et aux changements de densité électronique. Nous étudions typiquement des cristaux piézoélectriques tels que les composés de la famille des langasites La3Ga5SiO14, le niobate de lithium LiNbO3 ou bien le tantalate de lithium LiTaO3. Des transducteurs interdigités (IDT) sont déposés sur ces cristaux de taille centimétrique qui permettent d’exciter les cristaux.

Cristal de LiTaO3 avec transducteurs
Schéma de principe d’interaction entre un faisceau de rayons X de longueur d’onde λ avec une onde acoustique de surface de longueur d’onde Λ

Autour d’une tâche de diffraction ou de réflexion, nous observons des pics satellites dont les positions et les intensités renseignent sur l’onde acoustique générée. Ces études sont réalisées sous faisceau synchrotron (Bessy, Soleil) mais peuvent aussi être faites de façon moins optimisée au laboratoire. La dynamique de ces dispositifs sont étudiées par exemple pour réaliser des obturateurs rapides de faisceau X.

Rocking curves d’un LGT taillé en Y mesuré pour différentes amplitudes de signal d’entrée U généré par l’IDT: réflexion (100), ΘB = 4.3°; E = 12 keV (λ = 1.033 Å); Λ = 12 μm (f = 189MHz)
Cartographie (θ-2θ) de l’espace réciproque autour de la réflexion (300) dans un cristal de langasite excité acoustiquement

Référence: Roshchupkin, D, Ortega, L, Plotitcyna, O, Zizak, I, Vadilonga, S, Irzhak, D, and Emelin, E 2021 X-ray diffraction by surface acoustic waves. Journal of Applied Crystallography, 54(1): 180–194.

Etude des pseudo-ondes de surface

Nous nous intéressons aux propagations d’ondes acoustiques exotiques par exemple les pseudo-ondes de surface (PSAW) en utilisant notre sonde rayons X. SAW et PSAW ont la même longueur d’onde mais des vitesses différentes et, par conséquent, sont excités à des fréquences différentes. Il est montré que les angles de flux d’énergie sont très différents ainsi que la propagation de l’onde.

Carte XY du 1er satellite de diffraction généré acoustiquement à la surface d’un échantillon de langasite Z-cut

Référence : Dmitry Roshchupkin, Luc Ortega, Olga Plotitcyna, Alexei Erko, Ivo Zizak, and Dmitry Irzhak, 2013, X-ray diffraction study of surface acoustic waves and pseudo-surface acoustic waves propagation in La3Ga5.5Ta0.5O14 crystal, Journal of Applied Physics 113, 144909.

Etude de systèmes déposés sur un dispositif à onde acoustique de surface

Un autre axe de recherche est d’étudier le transport acousto-stimulé des porteurs de charge dans un film de graphène. Nous travaillons à étendre ces études sur d’autres types de système : composés photovoltaïques ou à onde de densité de charge sur lesquels travaillent le groupe LUTECE.

Dispositif à ondes acoustique de surface avec graphène: (a) schéma, (b) photo du dispositif réalisé
Dépendance du courant dans le graphène en fonction de l’amplitude du signal d’entrée fourni à l’IDT U (de l’amplitude h de l’onde, axe du haut). Λ = 4 µm; f = 710 MHz.

Référence: Dmitry Roshchupkin, Luc Ortega et al., 2015 Surface acoustic wave propagation in graphene film, Journal of Applied Physics 118, 104901