rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Spectroscopie térahertz et applications à la caractérisation des
propriétés électroniques ou diélectriques de matériaux de pointe
Chercheurs : Denis Morris, Daniel Houde, Serge Charlebois, Patrick Fournier, Vincent Aimez, François Schiettekatte,
Carlos Silva, Richard Martel et Martin Chicoine
Collaborateurs : Alain Cornet et Isabelle Huynen (UCL-Belgique); S. Dodge (Simon-Fraser); Tobias Hertel (U. Vanderbilt, Nashville, TN, USA)
Étudiants : Jean-François Allard, Stéphane Savard, Françoise Provencher et François Meunier
Contact : Denis Morris; denis.morris@usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/morris/
Au cours des trois dernières années nous avons développé au sein du RQMP des émetteurs
et détecteurs de radiation térahertz pulsée qui ont permis de mettre en place des montages
performants de spectroscopie dans le domaine temporel (régime impulsionnel). Des mesures
des propriétés diélectriques en haute fréquence (0.1 à 3 THz) de couches polymériques ont déjà
été obtenues à l’aide d’un de ces montages. Des études des propriétés électroniques résolues
en temps de divers matériaux de pointe sont en cours. On cherche également à tirer profit des
propriétés de ces matériaux pour l’amélioration des caractéristiques des dispositifs THz (émetteurs,
détecteurs, et guide d’ondes).
La figure ci-dessous illustre le schéma d’un montage de spectroscopie
térahertz dans le domaine temporel. Le principe de la
technique consiste à mesurer dans le domaine temporel l’amplitude
du paquet d’ondes THz transmis à travers un échantillon
test. Le spectre du signal reçu peut alors est obtenu par
transformée de Fourier du signal temporel mesuré. Ce spectre
peut être comparé à celui obtenu pour un échantillon de référence.
Le ratio de ces spectres permet d’extraire les propriétés
diélectriques de cet échantillon. Cette technique trouve de
nombreuses applications dans les domaines des composants
HF, de la pharmacologie et du biomédical.
Une meilleure compréhension des propriétés électroniques
de ces matériaux peut par ailleurs mener au développement
de dispositifs photoniques et électroniques novateurs. On
s’intéresse en particulier à l’amélioration des caractéristiques
d’émetteurs THz ainsi qu’à la réalisation de filtres actifs et guide
d’ondes dans la gamme du térahertz. Ces dispositifs peuvent
être fabriqués au sein des infrastructures majeures centrales
(financées par NanoQuébec) du regroupement. Les projets
impliquent également des collaborations avec des chercheurs
universitaires au Canada, en Belgique, et aux États-Unis. Le
Centre de R&D de la défense canadienne à ValCartier et l’Institut
national d’optique à Québec, participent à quelques-uns de
nos projets et sont vivement intéressés aux retombées potentielles
des projets en cours dans le domaine du térahertz.
Montage de spectroscopie THz.
On peut aussi étudier la photoconductivité résolue en temps
de divers matériaux en ajoutant au montage THz (décrit plus
haut) un faisceau de pompe supplémentaire et une seconde
ligne à délai, qui permettent un contrôle sur l’instant d’arrivée
des impulsions d’excitation optique sur l’échantillon test. Cette
technique permet donc d’aborder des études fondamentales
des propriétés électroniques de matériaux de pointe, tels les
supraconducteurs à haute température critique, les nanostructures
semi-conductrices, les polymères organiques, et les
nanotubes de carbone. Tous ces matériaux sont présentement
fabriqués au sein des laboratoires des chercheurs du RQMP et
font l’objet de multiples travaux de recherche.
Références
• “Terahertz Emission Properties of Arsenic and Oxygen Ion-Implanted GaAs Based
Photoconductive Antennas”, B. Salem, D. Morris, Y. Salissou, V. Aimez,
S. Charlebois, M. Chicoine et F. Schiettekatte,
J. of Vac. Science and Technology A 24, 774 (2006).
• “Ultrafast Dynamics of Delocalized and Localized Electrons in Carbon Nanotubes”,
L. Perfetti, T. Kampfrath, F. Schapper, A. Hagen, T. Hertel, C.M. Aguirre, P.
Desjardins, R. Martel, C. Frischkorn et M. Wolf,
Phys. Rev. Lett. 96, 027401 (2006).
• “High-frequency dielectric properties measurements of polymeric films using
time-domain terahertz spectroscopy”, J.F. Allard et coll,
Thirteenth Canadian Semiconductor Conference – CSTC, Montreal,
14-17 août (2007).
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