1. Développement d’un spectromètre Raman
polarimétrique et son application à la
caractérisation de structures
Alexandre Frigout
le 14 décembre 2010
1

2. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
5. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
6. Conclusion et perspectives
2

3. MotivationMotivation
Spectroscopie Raman polarisée : puissant outil de caractérisation des matériaux,
limitée cependant à l’utilisation d’états de polarisation rectilignes
perte d’informations Raman polarimétrique
Validation des capacités
d’analyse de l’instrument
Développement du spectromètre
Raman polarimétrique
Mesure de contraintes
bisotropes et biaxiales
en champ lointain.
Caractérisation de
couches minces
organiques en champs
lointain et proche.
Calibration complète
du système par une
méthode originale.
Mesure du vecteur de
Stokes de la lumière
diffusée par des pointes.
Etapes
3

4. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
 Effet Raman
 Spectroscopie Raman polarisée
 Descriptions de la lumière polarisée
1. Instrumentation
2. Applications du Raman polarisé
3. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
4. Conclusion et perspectives
4

5. iω iω
mi ωω +
mi ωω −
Effet RamanEffet Raman
Diffusion inélastique de la lumière par la matière
Découvert par Raman en 1930.
Raman anti-Stokes
Rayleigh
Raman Stokes
Section efficace très faible, σ ~ 10-30
cm2
.
Seul 1 photon sur 107
est diffusée inélastiquement !
Diffusion Raman : signature de la vibration des liaisons atomiques → analyse chimique et
structurale du matériau.
rayonnement
incident
rayonnements
diffusés
matière
ωm : fréquence de vibration du réseau / des molécules
mi
ωω −
mi ωω −
iωmi ωω − mi ωω +
raie Stokes
raie Rayleigh
raie anti-Stokes
5

6. Spectroscopie Raman polariséeSpectroscopie Raman polarisée
Echantillon cristallin, intensité Raman :
2
∑∝
j
ij
T
d eReI
•Rj: tenseur Raman du mode j (modes orthogonaux)
•ei: état de polarisation incident (azimut de la lame demi-onde P)
•ed: état de polarisation diffusé (azimut de l’analyseur A)










=










=










=
000
00
00
00
000
00
00
00
000
321 d
d
R
d
d
R
d
dR
Pour le Silicium (phonon optique à 3 modes):
Lame demi
onde P
analyseur A
ei
ed
θ
n
échantillon
d’azimut S
Seule l’incidence oblique permet d’observer
l’ensemble des modes !
L’intensité Raman est fonction des états incident et diffusé ei et ed
ainsi que de l’azimut S de l’échantillon
P et A : états de polarisation rectilignes
configuration à
incidence oblique
: lien Raman - polarisation
6

7. Descriptions de la lumière polariséeDescriptions de la lumière polarisée
Formalisme de Jones: représentation permettant de décrire la lumière totalement polarisée
Insuffisant pour le Raman polarimétrique
Formalisme de Stokes : représentation de l’état de polarisation d’une onde à partir d’intensités
mesurables → permet de décrire la lumière partiellement polarisée
Convient pour toute application polarimétrique
Vecteur de Stokes












−
−
−
=












=
°−°+
DG
yx
II
II
II
I
S
S
S
S
S
4545
0
3
2
1
0

Degré de polarisation
0
2
3
2
2
2
1
S
SSS
p
++
=
Sphère de Poincaré
Nous disposons d’un formalisme adapté à notre problématique :
La description des ondes lumineuses partiellement polarisées
0 ≤ p ≤ 1
1S
2S
3S
7

8. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
 Le dispositif expérimental
 Evolution vers le Raman polarimétrique
1. Applications du Raman polarisé
2. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
3. Conclusion et perspectives
8

9. Schéma du dispositif expérimentalSchéma du dispositif expérimental
Piezo Z
Piezo X, Y
échantillon
Photodiode quatre
quadrants
Microscope de
visualisation
laser
réseau
détecteur
Microscope pour Raman
« standard »
filtre Notch
AFM-STM Ramancouplage
Caractéristiques
•Incidence oblique et normale
•Échantillons opaques
•Pas de limitation de taille
•Couplage motorisé stable
•AFM/STM et Raman
indépendants
•Mode champ proche utilisé :
STM (à effet tunnel)
•Longueurs d’onde lasers :
458, 488, 514, 633 nm
Un dispositif polyvalent autorisant un panel de mesures très large
9

10. Vues du dispositif expérimentalVues du dispositif expérimental
Un système à multiples configurations de mesure
Microscope
AFM/STM
Couplage
opto-
mécanique
Table anti
vibrations
Laser aligné sur la pointe
Parcours
laser en
incidence
oblique
Parcours
laser en
incidence
normale
10
Objectif 50× LWD, NA = 0.45
Pointe STM
Spectromètre Raman
Enceinte d’isolation
acoustique

11. Évolution vers le Raman polarimétriqueÉvolution vers le Raman polarimétrique
Évolution vers le Raman polarimétrique : implémentation des éléments PSA et PSG dans le
spectromètre
L’élément PSA est composé de…
•Lame quart d’onde tournante
•Analyseur d’azimut fixe
… et se place iciLumière diffusée
L’élément PSG est composé des mêmes éléments en ordre inverse et se place
en émission
Possibilité de polariser elliptiquement le laser et d’analyser complètement
l’état de polarisation de la lumière diffusée!
microscope
laser
détecteur
11

12. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
 Détermination de contraintes
 Identification des modes de vibration d’une molécule organique
 Caractérisation d’une monocouche organique en champ proche
1. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
2. Conclusion et perspectives
12

13. Théorie de la mesure des contraintes par RamanThéorie de la mesure des contraintes par Raman
Modélisation du réseau cristallin par un oscillateur harmonique
•Équation du mouvement pour le phonon j :
•Sans contraintes :
avec
•Sous contraintes εuv:
•Les fréquences Ωj sont obtenues par :
• Ainsi :
0=+′′ jjj uKu
αβαβ δω20
, jjK =
0ωω =j
µναβµναβµν
µν
αβ
αβαβ εε
ε
,
0
,
0
,0
,, jj
j
jj KK
K
KK +≡
∂
∂
+≈
0, =− αβµναβµν δλε jjK
λj =ωj
2
−Ωj
2
Pour un système cubique tel que le Silicium, le tenseur K se simplifie en :
K1111= K2222 = K3333 = p, K1122= K1133 = K2233 = q, K1212= K1313 = K2323 = r
La dégénérescence du phonon optique est levée par les contraintes mécaniques ;
accès aux contraintes à condition d’observer les trois modes à 521 cm-1
modes non perturbés (dégénérés)
modes perturbés
(ε : tenseur des déformations)
Si contraint
(couche)
Si
non contraint
(substrat)
13

14. Mesure des contraintes : approche expérimentaleMesure des contraintes : approche expérimentale
Principe de la méthode :
•Faire « tourner » la polarisation incidente
et «prendre» un spectre pour chaque azimut
•Relever pour chaque spectre la fréquence,
la largeur et l’intensité du pic Raman
•Ajuster ces quantités à l’aide du modèle
numérique des contraintes
Avantages :
• Levée de dégénérescence des trois
phonons LO, TO1 et TO2;
tous les trois sont excités
• Le spot reste localisé au même endroit
• Pas de mise au point entre deux mesures:
l’intensité ne fluctue pas
Séparation des trois phonons trop faible pour les observer séparément
nous regardons la fréquence effective de cette combinaison de phonons
Cette procédure permet la détermination de contraintes
anistoropes (bisotropes et biaxiales)
tenseur des contraintes planes :










000
0
0
yyxy
xyxx
σσ
σσ
: à déterminer ! Loi de Hooke : ε = sσ
lien contraintes - déformations
14

15. Exemple de détermination de contraintesExemple de détermination de contraintes
Mesure de contraintes bisotropes (σxx = σyy) en Incidence oblique
c-Si (001)
SixGe1-x
Échantillon
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
2,9
3,0
3,8
3,9
4,0
polarisation incidente (deg)
FWMH(cm
-1
)
d)
échantillon σxx(MPa)
Si0.95Ge0.05 -452 ± 18
Si0.85Ge0.15 -954 ± 32
S = 45°
A = 0°
(compression)
pic vers le bas :
compression !
polarisation incidente (deg) polarisation incidente (deg)
fréquence(cm-1
)
largeur(cm-1
)
15
La méthode est sensible à la nature (compression ou traction) de la contrainte !

16. Comparaison entreComparaison entre Incidence normaleIncidence normale etet obliqueoblique
Échantillon
échantillon
Deux configurations :
Incidence normale
Incidence oblique
Incidence σxx (MPa)
Normale 1363 ±431
Oblique 1374 ±34
Mesure de contraintes plus précise en incidence oblique:
excitation complète des 3 modes du phonon optique Si-Si
S = 45°
A = 0° (traction)
contrainte bisotrope
NA des objectifs = cte. !
pic vers le haut :
traction !
polarisation incidente (deg) polarisation incidente (deg)
fréquence(cm-1
)
fréquence(cm-1
)
A. Frigout, G. Picardi, M. Chaigneau, R. Ossikovski, à soumettre à Semicond. Sci. Technol.
16
c-Si (001)
SiO2
s-Si

17. Comparaison spectroscopie Raman - diffractionComparaison spectroscopie Raman - diffraction
rayons X (GIXRD)rayons X (GIXRD)
Mesure de contraintes bisotropes en Incidence oblique
Échantillon
S = 45°
A = 0°
Résultats en très bon accord avec les mesures aux rayons X !
c-Si (001)
SixGe1-x
s-Si pleine
plaque
Raman GIXRD
P1 P2 P6 P1 P2 P6
ε⊥ = ε//
(%)
0,78±0,02 1,09±0,06 0,74±0,02 0,86±0,03 1,16±0,02 0,71±0,02
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
511,6
512,0
512,4
512,8
513,2
520,0
520,1
520,2
520,3
520,4
520,5
décalageRaman(cm
-1
)
polarisation incidente (°)
e)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
5,2
FWMH(cm
-1
)
polarisation incidente (°)
f)
déformation ε (liée à la contrainte σ par la loi de Hooke)
polarisation incidente (deg) polarisation incidente (deg)
largeur(cm-1
)
fréquence(cm-1
)
17

18. ContraintesContraintes biaxialesbiaxiales ((σσxxxx ≠≠ σσyyyy) en) en Incidence obliqueIncidence oblique
Comparaison entre spectroscopie Raman et diffraction rayons X (GIXRD)
Échantillon
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
514,4
514,6
514,8
515,0
515,2
516,55
516,60
516,65
512,95
513,00
513,05
513,10
513,15
513,20
polarisation incidentde (deg)
décalageRaman(cm
-1
)
P1
P6
a)
P2
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
4,1
4,2
4,3
4,4
polarisation incidentde (deg)
P6
P1
P2
FWMH(cm
-1
)
b)
bandes de
sSi
Raman GIXRD
P1 P2 P6 P1 P2 P6
ε // (%) 0,87±0,06 1,09±0,06 0,80±0,04 0,83±0,02 1,18±0,02 0,78±0,03
ε⊥ (%) 0,58±0,06 0,85±0,06 0,04±0,02 0,58±0,03 0,90±0,03 0,04±0,05
S = 45°
A = 0°
La méthode est très sensible à la l’anisotropie de la contrainte !
Les valeurs des
échantillons de
référence sont
retrouvées
déformations ε
nmw 200=
nmd 800=
SixGe1-x
sSi
c-Si (001)
polarisation incidente (deg) polarisation incidente (deg)
fréquence(cm-1
)
largeur(cm-1
)R. Ossikovski, A. Frigout, J. Schreiber, C. Licitra, à soumettre à J. Appl. Phys.
asymétrie :
biaxialité !
18

19. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
 Détermination de contraintes
 Identification des modes de vibration d’une molécule organique
 Caractérisation d’une monocouche organique en champ proche
1. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
2. Conclusion et perspectives
19

20. Identification desIdentification des modes de vibrationmodes de vibration d’une moléculed’une molécule
organique (1)organique (1)
Pentacène
(C22H14)
Le Raman polarisé peut potentiellement lever cette ambigüité
vibrations
intramoléculaires
L1
L2
L3
L4
L5
a)
b)
1150 1160 1170 1180
décalage Raman (cm-1)
L1
L2
L3
L4
L5
5 modes C-H observés et
déconvolués
Attribution jusqu’à présent controversée des
modes de vibrations intramoléculaires
Images AFM des deux couches
épaisseurs : 12 nm et 500 nm
I. Stenger, A. Frigout, D. Tondelier, B. Geffroy, R. Ossikovski, Y. Bonnassieux, Appl. Phys. Lett. 94, 133301 (2009)
20

21. Identification desIdentification des modes de vibrationmodes de vibration d’une moléculed’une molécule
organique (2)organique (2)
modes Agsymétrie de la moléculegroupe D2h
L1 L2 L3 L4 L5
15000
10000
5000
200
150
100
50
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
polarisation incidente (deg)
IntensitéRaman(cts/sec)
a)
b)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
polarisation incidente (deg)
Intensité(unitésarbitraires)










=
zz
yy
xx
Ag
α
α
α
α
00
00
00
L1 et L4 varient comme Ag
ce sont donc les modes
intramoléculaires
recherchés
Théorie des groupes :
Le « taux de
dépolarisation » des
vibrations L2, L3 et L5 change
avec l’épaisseur
(12 nm et 500 nm)
Le Raman polarisé associé à la théorie des groupes permet d’identifier les modes
de vibration intramoléculaires de la molécule
simulation
expérience
500 nm
12 nm
21

22. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
 Détermination de contraintes
 Identification des modes de vibration d’une molécule organique
 Caractérisation d’une monocouche organique en champ proche
1. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
2. Conclusion et perspectives
22

23. Champ proche optiqueChamp proche optique
Limite de résolution : distance en dessous de laquelle on ne peut distinguer deux objets.
Critère de Rayleigh
Champ lointain Champ proche
Exploration des structures sub-λ
par l’accès au champ local
non-propagatif
L’augmentation de la résolution spatiale passe par l’accès au champ proche
Reliefs de
dimension
sub-λ
Ondes
évanescentes
Ondes
propagative
s
×
1 μm
Limite de résolution spatiale
d=
0,61λ
NA
≈
λ
2
23

24. Spectroscopie Raman en champ procheSpectroscopie Raman en champ proche
TERS : Tip Enhanced Raman Spectroscopy
Résolution du champ lointain
Champ amplifié et confiné :
effet paratonnerre
E

k

Résolution du champ proche
E

k

Avec un tel dispositif nous passons d’une résolution micrométrique à une
résolution de l’ordre de quelques dizaines de nm
• Plasmons de surface
localisés
• Effet d’antenne
• Effet « paratonnerre »
pointe sans ouverture (Ag, Au…)
localisation précise du hot spot
24

25. Raman polarisé en champ procheRaman polarisé en champ proche
Modélisation de la pointe en champ proche
contraste = Ichamp total / Ichamp lointain deux mesures successives :
• pointe retirée, « champ lointain »
• pointe approchée, « champ total »
Contraste optimisé
S = 45°
A minimise le
champ lointain
Contraste non optimisé
S = 45°
A = 90°
Le contraste dépend de :
• La polarisation incidente
• L’orientation de l’analyseur
• L’azimut de l’échantillon
Tenseur d’amplification
de la pointe :










=
a
b
b
A
00
00
00
L’effet de la pointe est modélisé phénoménologiquement : cadre
théorique nécessaire pour le Raman polarisé en champ proche
a > b
R. Ossikovski, Q. Nguyen, G. Picardi, Phys. Rev. B 75, 045412 (2007)
25

26. Caractérisation d’une monocouche organique enCaractérisation d’une monocouche organique en
champ proche (1)champ proche (1)
Azobenzène
(C12H10N2)
Self assembled monolayer (SAM) :
monocouche organisée en domaines de dimension 20-30 nm environ
Le champ lointain sonde
plusieurs domaines mais le
champ proche un seul !
Le modèle de simulation de Raman en champ proche nous permettra-t-il de
remonter au tenseur Raman de la molécule ?
bande Raman étudiée
(liaison C-N)
R. Ossikovski, G. Picardi, A. Frigout, M. Chaigneau, manuscrit invité dans numéro spécial de C. R. Physique
champ
proche
champ lointain
26
Pointe retirée
Pointe en contact

27. CaractérisationCaractérisation d’une monocouche organique end’une monocouche organique en
champ proche (2)champ proche (2)
Deux azimuts
échantillon donnent
ces courbes
αij déterminés avec succès !
champ lointain :
maximum pour p !
Le modèle de la pointe en Raman champ proche est validé pour des
monocouches organiques; le tenseur Raman de la vibration C-N est
quantitativement déterminé
Tenseur Raman modifié :
groupe C2h










=
zzxzxz
xzxx
xzxx
azoR
ααα
αα
αα
0
0
Prise en compte de la structure de
la couche en domaines
(2 molécules par maille à 90°)
Tenseur de la pointe :
a : b = 10 : 1










=
a
b
b
A
00
00
00
polarisation p (90°)
champ proche :
maximum décalé !
plusieurs domaines
un domaine
éléments non diagonaux :
décalage du pic champ proche!
27

28. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
5. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
 Calibration de l’appareil
 Mesure du vecteur de Stokes de la lumière diffusée par une pointe
1. Conclusion et perspectives
28

29. Le Raman polarimétriqueLe Raman polarimétrique
Calibration de l’appareil : mesure des matrices de Mueller des voies d’entrée et de sortie
inS
inexcinc SMS = incmiroirret SMS =
retout SMS det=
Principe schématisé
objectif
Voie de sortie à 633 nm Modélisation: trois éléments
polarisants principaux
(matrices de Mueller)












−
=
RR
RR
M R
cossin00
sincos00
0010
0001












−
−
−
−
=
2
2
100
0100
001
001
2
1
D
D
D
D
MD












=∆
a
a
M
000
000
0010
0001
déphaseur
diatténuateur
ou dichroïque
dépolariseur
Modélisation du système (entrée et sortie) par le produit
d’un déphaseur, un dichroïque et un dépolariseur
( )
N
SS
S p i
P
inc
iPi∑ ∑ 





−
=∆
=θ
θθ
2/13
1
2exp
)()(
Critère d’optimisation :
sortieentrée
S1
entrée
vecteur de Stokes sur la sphère de Poincaré
29

30. Calibration de laCalibration de la voie de sortievoie de sortie à 633 nmà 633 nm
Vecteur de Stokes : voie de sortie après correction Paramètres des éléments polarisants
• Fort dichroïsme, faibles retard et dépolarisation
Les axes des trois éléments sont pratiquement colinéaires: leur
ordre est sans importance
Dichroïque Déphaseur Dépolariseur
D θ R Θ a θ
0.52 0° 6,38° 0° 0,96 0°
Mdet. = MD•MR•MΔ
Déviation standard
ΔDOP ΔS1 ΔS2 ΔS3
0,0569 0,0629 0,0575 0,0569
mesures
simulations
DOP S1
S2 S3
30

31. Calibration de laCalibration de la voie de sortievoie de sortie à 514 nm (1)à 514 nm (1)
Vecteur de Stokes : voie de sortie sans correction Le plan des points expérimentaux ne passe pas par le
centre de la sphère !
Les éléments modélisant le système ne sont pas
colinéaires.
( ) ( ) ( )θθθ −= RMRM RR( ) ( ) ( )θθθ −= RMRM DR( ) ( ) ( )θθθ −= ∆ RMRM R
( )
( ) ( )
( ) ( )












−
=
0000
02cos2sin0
02sin2cos0
0001
θθ
θθ
θR
Nouvelles matrices (après rotation):
Les matrices ne commutent pas ! Il faut tester les six
combinaisons
Les axes des éléments polarisants ne sont pas colinéaires: leur ordre est
d’importance !
entrée
31

32. Calibration de laCalibration de la voie de sortievoie de sortie à 514 nm (2)à 514 nm (2)
Vecteur de Stokes : voie de sortie après correction Paramètres des éléments polarisants
•trois éléments fortement désalignés
•le système induit un dichroïsme et un retard très forts
•peu dépolarisant
•déviation standard du même ordre qu’à 633 nm
Malgré les combinaisons différentes retenues pour les différentes longueurs
d’onde, leurs précisions sont comparables
Dichroïque Déphaseur Dépolariseur
D θ R Θ a θ
0,68 -89,19° 62,9° -9,68° 0,90 19,38°
Mdet. = MΔ•MD•MR
Déviation standard
ΔDOP ΔS1 ΔS2 ΔS3
0,0274 0,0429 0,0363 0,0325
La combinaison retenue pour 514 nm est
différente que celle de 633 et 458 nm !
mesures
simulations
DOP S1
S2
S3
32

33. Calibration de laCalibration de la voie d’entréevoie d’entrée
illustration avec les résultats obtenus à 514 nm
Vecteur de Stokes après correction Paramètres des éléments polarisants
• dichroïsme plus faible que pour la voie de sortie
• retard du même ordre de grandeur
• pas de dépolarisation
Système modélisé dans son intégralité (entrée et sortie)
Dichroïque Déphaseur Dépolariseur
D θ R Θ a θ
0,29 -3,71° 67,99° 75,00° 0,99 -0,05°
Mdet. = MD•MR•MΔ
Déviation standard
ΔDOP ΔS1 ΔS2 ΔS3
0,0548 0,0428 0,0509 0,0265
Le filtre induit moins d’effets en réflexion qu’en
transmission : entrée moins perturbée que la sortie
mesures
simulations
A. Frigout, M. Richert, R. Ossikovski, Eur. Phys. J. Web Conf. 5, 06002 (2010)
DOP S1
S2 S3
33

34. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
5. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
 Calibration de l’appareil
 Mesure du vecteur de Stokes de la lumière diffusée par une pointe
1. Conclusion et perspectives
34

35. Diffusion par une pointe STM :Diffusion par une pointe STM :
principe de la mesureprincipe de la mesure
• Mesure du vecteur de
Stokes de la lumière
diffusée par la pointe
• Ajustement de ce
vecteur par le modèle
de diffusion en utilisant
les matrices des voies
d’entrée et de sortie
déterminées
précédemment
Avec cette étude nous sommes en mesure de quantifier l’effet de la pointe
sur l’état de polarisation de la lumière
P. Gucciardi, M. Lamy de la Chapelle, A. Merlen, J.-C. Valmalette, A. Frigout, R. Ossikovski, J. Raman Spectrosc. 40, 1361 (2009)
Images MEB d’une pointe STM
(Sin = H / V)
5 µm
100 nm
35

36. Diffusion par une pointe STM : théorieDiffusion par une pointe STM : théorie
Modélisation des caractéristiques polarimétriques de la pointe (Théorie de Mie)
Pointe modélisée par :
• Une sphère
• Une sphère + un ellipsoïde
• Une sphère + deux ellipsoïdes
Trois quantités importantes :
Paramètres ajustables :
•Angle d’inclinaison des ellipsoïdes
•Forme de la pointe
•Pondération des éléments
La théorie de Mie dans la limite de Rayleigh est-elle appropriée pour modéliser la
diffusion sur les pointes?
( )010
01
εεε
εε
α
−+
−
=
aa
aa
L
( )
yyzz
xxyy
xx
LL
LL
L
=
−=
<<
2/1
10
3
1
λ
α
β
α
aa
s
aa
aa
i−
=Γ
Coefficients de dépolarisation
Tenseur de polarisabilité
Tenseur de réaction du champ
Limite de Rayleigh : d << λ
ε1 : fonction diélectrique de l’or
36

37. Résultats : Mesure duRésultats : Mesure du vecteur de Stokesvecteur de Stokes
• Bonne correspondance entre mesures
et simulations avec Mdet et Mexc
• Courbe en creux pour le DOP , S1 et S2
[ ]plasmonRayleightotal DOPDOPDOP ,min<
Compétition entre diffusion Rayleigh et
début de résonance plasmon à 514 nm :
• Modélisation par une sphère + un
ellipsoïde
réaction du
champ
pondération
Coeff. de
dépolarisation
sphère 9.7054 0.9977 0.3333
ellipsoïde 0.0167 0.0023 0.8201
~20 nm~1 nm
Mesure-t-on vraiment la réponse de la pointe ou celle d’un miroir ?
Attention : rapport signal à bruit très faible !
37

38. Comparaison des réponses pointe STM - miroirComparaison des réponses pointe STM - miroir
• Pas de tendance notable pour le
miroir avec λ: réponse proche de
la matrice unité
• La pointe « bascule » l’état de
polarisation de S1 vers S2 à 514
nm: polarisation croisée
• S3 apparait à 633 nm
• Dépolarisation plus forte
La pointe ne se comporte pas comme un miroir:
Elle montre une dépolarisation et une polarisation croisée plus fortes :
À confirmer prochainement avec un SNR plus confortable !
38

39. PlanPlan
1. Motivation
2. Théorie
3. Instrumentation
4. Applications du Raman polarisé
5. Du Raman polarisé au Raman polarimétrique
6. Conclusion et perspectives
39

40. ConclusionConclusion
1. Une méthode originale de caractérisation des contraintes sur
des échantillons cristallins par Raman polarisé a été validée
2. Les modes de vibration d’une molécule ont été identifiés en
champ lointain. En champ proche, le tenseur Raman de la
vibration d’une molécule a été déterminé par Raman polarisé.
3. La calibration polarimétrique complète (entrée et sortie) du
spectromètre a été réalisée sur la raie Rayleigh
4. Des mesures de vecteurs de Stokes de la lumière diffusée par
des pointes champ proche ont été effectuées et modélisées
La voie au Raman polarimétrique et ses applications est tracée !
40

41. PerspectivesPerspectives
Spectroscopie Raman polarimétrique : méthodologie
Calibration sur des modes Raman
• Propriétés polarimétriques
des modes Raman connues
• Plus grande richesse de la
réponse Raman que Si
sur SiC (exemple)
• Les filtres influencent moins
les raies Raman (par rapport à
la Rayleigh)
• La chromaticité de la réponse
sera mieux prise en compte
Nombreuses possibilités ouvertes:
Mesure de contraintes (AsGa, Ge, …),
caractérisation de couches minces organiques ordonnées,
activité optique Raman,
photoluminescence polarisée
Nouvelle méthode de calibration Nouveaux matériaux de validation
41

42. RemerciementsRemerciements
LPICM :
Marc Chaigneau
Michaël Richert
Gennaro Picardi
Enric Garcia-Caurel
Antonello de Martino
Razvigor Ossikovski
Bernard Drévillon
HORIBA Jobin Yvon :
Joachim Schreiber
Michel Leclercq
Bernard Roussel
Sébastien Laden
Hans-Jürgen Reich
Université Paris 13 :
Marc Lamy de la Chapelle
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