Investigation de transfert de chaleur ultra-rapide dans des verres par sondage direct MIR des vibrations anharmoniques; application dans la structuration laser de precision – ULTRAVIBE

Le progrès dans le domaine des technologies lasers ultra-rapides ont révolutionné les techniques de traitement des matériaux, permettant la réalisation de dispositifs photoniques innovants. Toutefois, atteindre une super-résolution à l'échelle nanométrique nécessite de la compréhension du processus de confinement de l'énergie et des propriétés de transport au niveau moléculaire. Si les méthodes expérimentales traditionnelles extrapolent l'évolution de la matrice à partir de la dynamique électronique, le dépassement de la limite de diffraction nécessite des informations directes de la dynamique de la matrice. Nous proposons une approche basée sur l'investigation en temps réel de l'activation de modes vibrationnels anharmoniques lors de l’excitation non linéaire comme preuve directe du transfert d’énergie dans la matrice. Les matériaux choisis sont des verres de silice, en tant que matériaux à couplage fort : la silice a la capacité à piéger les charges excitées par laser, développant un canal pour le stockage de l’énergie dans le réseau sous forme d'énergie potentielle de déformation. Pour suivre la dynamique des phonons, nous avons identifié des bandes vibrationnelles sensibles à la température : la vibration OH fondamentale et ‘l’overtone’ du mode de stretching Si-O-Si. Lors d'une excitation non linéaire, l'évolution du potentiel moléculaire et de la population des phonons se reflétera dans l'absorption de la caractéristique vibrationnelle dans l'infrarouge moyen (MIR). Des simulations des processus photo-électroniques au niveau quantique en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité et la dynamique moléculaire ab initio reproduiront le spectre MIR du matériau excité, en décorrélant les effets électroniques de la température du réseau. L’investigation directe de la dynamique moléculaire dans les conditions de structuration laser 3D peut devenir une source importante d'information dans le but d’améliorer la résolution des processus de photo-inscription.