Localisation de phonons et de photons dans des métasurfaces aléatoires : vers un couplage acousto-optique

The study of wave propagation in complex media has been a central topic in physics for about sixty years. In addition to the many applications in medical imaging, seismology, or to explain the color of some living beings, this subject still raises many questions much more fundamental. It is partly thanks to Anderson's work on the absence of electron scattering in so-called random materials, causing the transition of their metallic properties to insulating properties, that we owe such an interest. It is then necessary to wait until the end of the 21st century for a first unequivocal experimental proof of this transition to be reported thanks to elastic waves. Since then, other experimental evidence of elastic wave localization in similar distributions has been observed. All these studies on totally random media have also paved the way to another category of disorder, intermediate between the Poisson distribution and the perfect crystal, and which alters differently the propagation of waves passing through them. Whether it is for this last category of disorder or for the perfectly random disorder, the experimental studies on the propagation of elastic waves remain low frequency since they never exceed the ten MHz. In the first part of this thesis, we propose to develop an experimental method to generate and detect very high frequency elastic waves (in the GHz range) in order to follow their propagation in the two types of disorder mentioned. Considering the frequencies involved, these elastic waves are therefore particularly suitable to interact with nanostructures. A second part will then be devoted to the experimental study of the propagation of surface plasmon polaritons in distinct but similar structures, using techniques also developed during this thesis. First measurements in periodic arrays of Au nanoparticles and later disordered ones will then allow to quantify the effects of disorder on the response of such assemblies. These two parallel studies will provide insights for the design of a common disordered sample that would be the locus of interaction between the two types of waves using a single experimental setup.C'est depuis une soixantaine d'année que l'étude de la propagation des ondes en milieux complexes occupe une place centrale en physique. Outre les nombreuses applications en imagerie médicale, en sismologie, ou encore pour expliquer la couleur de certains être-vivants, ce sujet pose encore de nombreuses questions bien plus fondamentales. C'est en partie grâce à Anderson dans ses travaux portant sur l'absence de diffusion d'électrons dans des matériaux dits aléatoires, provoquant la transition de leurs propriétés métalliques vers des propriétés isolantes, que l'on doit un tel engouement. Il faut alors attendre la fin des années 2000 pour qu'une première preuve expérimentale sans équivoque de cette transition soit rapportée grâce à des ondes élastiques. Depuis, d'autres preuves expérimentales de localisation d'ondes élastiques dans des distributions similaires ont été observées. Toutes ces études sur les milieux totalement aléatoires ont aussi ouvert la voie vers une autre catégorie de désordre, intermédiaire entre la distribution de Poisson et le cristal parfait, et qui altère différemment la propagation des ondes qui les traversent. Que ce soit pour cette dernière catégorie de désordre ou alors les désordres parfaitement aléatoire, les études expérimentales portant sur la propagation d'ondes élastiques restent basses fréquences puisqu'elles ne dépassent jamais la dizaine de MHz. On propose alors dans une première partie de ce travail de thèse, d'élaborer une méthode expérimentale permettant de générer et détecter des ondes élastiques très hautes fréquences (de l'ordre du GHz) et de suivre leur propagation dans les deux types de désordre mentionnés. Compte-tenu des fréquences en jeux, ces ondes élastiques sont par conséquent particulièrement adaptées pour interagir avec des nanostructures. Une seconde partie sera ensuite consacrée à l'étude expérimentale de la propagation de plasmons de surface dans des structures distinctes mais similaires, grâce à des techniques également développées durant ce travail de thèse. Des premières mesures dans des réseaux périodiques de nanoparticules d'Au et plus tard désordonnées permettront alors de quantifier les effets du désordre sur la réponse de tels ensembles. Ces deux études parallèles apporteront des pistes de réflexion pour la conception d'un échantillon désordonné commun qui serait le lieu d'une interaction entre les deux types d'ondes au moyen d'un seul et même dispositif expérimental