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Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) (FEMTO-ST), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Bourgogne Franche-Comté, Abdelkrim Khelif, Sarah Benchabane |
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In the field of Phononics, most of the works reported up to now investigate the collective behaviour of periodic or aperiodic structures in order to control the propagation of elastic waves. In this thesis work, we propose to focus on the individual character of surface-coupled mechanical resonators with the aim to control and manipulate vibrations at the micron-scale. We investigate numerically and experimentally the coupling mechanisms involved between surface acoustic waves propagating on a substrate surface and mechanical modes of sub-wavelength phononic microresonators. Experimental investigations are conducted on isolated resonators and on pairs of neighboring resonators. The microresonator motion is measured using a laser scanning heterodyne interferometer which allows obtaining the frequency response and observing the vectorial behaviour of the elastic field both in the resonator and at the substrate surface.In the first part of this thesis work, we demonstrate the possibility to excite the first flexural natural mode of a resonator with surface acoustic waves. Then, the reported investigations reveal the existence of two coupling regimes in pairs of resonating pillars, depending on the separation distance between two resonators: an evanescent coupling regime, much reminiscent of what can be observed in a plasmonic dimer, and a classical mechanical coupling. Measurements performed at the substrate surface also highlight the interaction through the surface between the resonators.The obtained results prove that it is possible to control the elastic energy distribution at a deep sub-wavelength scale with isolated resonators, and reciprocally, that mechanical resonator systems can be manipulated by propagating surface acoustic waves, hence opening prospects for the dynamic and coherent control of mechanical vibrations at the micron-scale.; Ces travaux de thèse visent à étudier des résonateurs mécaniques capables de confiner, contrôler et transporter l’énergie acoustique à l’échelle du micromètre. L’approche proposée consiste à exploiter la surface sur laquelle reposent les résonateurs et les phénomènes d’hybridation entre les ondes élastiques se propageant sur cette surface et les modes propres des résonateurs pour créer un couplage entre résonateurs. Dans un premier temps, les travaux entrepris prouvent, numériquement et expérimentalement, la capacité d’exciter un micro-résonateur sub-longueur d’onde grâce aux ondes de surface. Une seconde partie est consacrée à l’étude des mécanismes de couplage entre résonateurs adjacents.Au travers de caractérisations optiques donnant notamment accès à la forme des modes excités et de simulations numériques fondées sur la méthode des éléments finis, la présence de couplage entre résonateurs voisins et la possibilité de contrôler ce couplage en modifiant les paramètres géométriques des paires de résonateurs sont démontrées. En particulier, deux types de couplage sont mis en évidence en fonction de l’écartement entre les résonateurs : un couplage évanescent, s’apparentant au couplage dans un dimère plasmonique, et un couplage de type mécanique. Les études réalisées soulignent aussi la réciprocité des systèmes étudiés : il est possible de modifier le couplage en changeant les conditions d’excitation des résonateurs et réciproquement, les vibrations des résonateurs couplés peuvent affecter la vibration de la surface les supportant à des échelles très sub-longueurs d’onde. |
