Femtosecond investigation of electronic and vibrational dynamics of metal nano-objects and local order in glasses

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.In this Ph.D. work we have investigated the electronic and vibrational properties of metallic nanoobjects as a function of their size, shape and composition, and studied the vibrational modes in glasses, using femtosecond time-resolved spectroscopy. In mono-metallic copper clusters, acceleration of the electron-lattice energy exchanges for sizes smaller than 10 nm has been demonstrated, confirming previous results in gold and silver clusters. The small size regime, i.e., nanoparticles smaller than 2 nm, has been addressed. The results show the limit of the classical confined material approach. In bi-metallic clusters, electron-lattice interaction has been shown to reflect their composition for gold-silver materials, but exhibits a more complex behavior in the case of segregated nickel-silver particles. The impact of shape, structure and environment on the acoustic vibrations of metallic nano-objects has also been studied. Measurements performed in ensemble or pairs of prisms yielded evidence for local fluctuations of their coupling with the substrate. Nano-structuration effects have been demonstrated in nano-columns and segregated components. The vibrational modes associated to local order in glasses have been investigated using a high sensitivity impulsive stimulated Raman scattering technique. The « defect modes » of normal and densified silica, associated to vibrations of ring structures, have been observed and characterized, yielding information on the evolution of the ring density. Performing similar measurements in germania, we have demonstrated the existence of a vibrational mode due to a similar ring structure and determined its characteristics