Generation and spectrometry of high frequency phonons. The heat pulse method.
Génération et spectrométrie des phonons de haute fréquence. Méthode des impulsions de chaleur
Résumé
Experiments are reported on the transport properties if high freqeuncy phonons in semiconductors in particular on their spectral properties in the range of hundreds of Ghz. First we have developped a technique of phonon spectrometry based on time of flight measurements of the chromatic dispersion of ballistic phonons. Detailed informations on their interaction with the electron system were obtained. In germanium, the resonnant absorption of phonons between singlet and triplet electronic levels of the Sb impurity and the corresponding selection rules for the phonon polarization were measured with accuracy. By tuning the splitting energy with an uniaxial pressure, we could determine the energy spectrum of the transmitted phonons. In degenerate n-type InSb crystals we have shown the absence of couping between transverse modes and the conduction electrons. For longitudinal modes the interaction exhibits a sharp high frequency cut-off as the phonon wavevector reaches the Fermi sphere diameter 2k_F. This cut-off combined with the threshold phonon detection of a superconductiong tunnel junction was used to achieve a 2kF - spectroscopy of longitudinal phonons in the InSb crystal with no adjustable parameter. New resuts were also obtained on vey high frequency phonon generation by direct laser pulse excitation.
Les expériences présentées portent sur l'étude du transport de phonons de haute fréquence dans les semiconducteurs, en particulier leur analyse spectrale. Tout d'abord nous avons développé une technique de spectrométrie de phonons basée sur la mesure par temps de vol de la dispersion chromatique des phonons balistiques dans la gamme de centaines de GHz. Des informations précises sur l'interaction électron-phonon dans les semiconducteurs ont été obtenues : dans le germanium, l'absorption résonnante de phonons entre les niveaux singulet et triplet de l'état de base de l'impureté Sb et les règles de sélection sur les polarisations de phonons s'y attachant ont été vérifiées avec précision. La séparation accordable des niveaux d'énergie avec une pression uniaxiale nous a permis de déterminer la composition spectrale des impulsions de phonons transmis. Dans InSb (dégénéré) de type n, nous avons mis en évidence la non-interaction entre modes transverses et électrons de conduction. Dans le cas des modes longitudinaux, l'interaction est caractérisée par une coupure abrupte à haute fréquence lorsque le vecteur d'onde atteint le diamètre de la sphère de Fermi (2kF). Cette coupure, combinée à la détection à seuil de jonctions tunnel supraconductrices a été mise à profit pour réaliser une spectroscopie à 2kF, sans paramètre ajustable, des impulsions de phonons transmises dans le cristal. Des résultats sur la génération de phonons par excitation laser directe sont également présentés.