Etude numérique des modes de vibration des nanofils cristallins

Abstract

Malgré que les méthodes d’élaboration des nanofils soient nombreuses, elles ne combinent pas encore la production de masse et les tailles nanométriques. D’autre part, l’ensemble de phénomènes physiques observés en nanofils ne sont pas tous expliques ou parfaitement compris. Dans ce contexte, nous avons ciblé d’investiguer, par programmation numérique, les modes de vibration acoustiques et optiques possibles de nanofils, qui sont par définition des cristaux unidimensionnels ordonnés, à base d’une série de matériaux ; les candidats majeurs sont les fameux semiconducteurs le silicium et le germanium et quelques semiconducteurs III-V tel que le GaAs, AlAs, GaSb et AlSb. L’étude des modes de vibration que nous avons abordée est basée sur l’idée que l’énergie (cinétique et potentielle) due à la vibration reste petite par rapport à celle de cohésion d’atomes dans les cristaux, ce qui nous a conduit à une modélisation par l’approximation harmonique classique. Cette approximation repose sur ses succès puisqu’en confrontant nos résultats de dispersions de phonons de nanofil de silicium à d’autres résultats théoriques et expérimentaux, nous avons constaté une bonne cohérence. Nous avons évalué le gap séparant la branche acoustique de la branche optique et nous avons montré qu’il dépend généralement des rapports de masse des nanofils . Nous avons aussi calculé les vitesses de groupe et les vitesses du son dans le Si et le Ge.