Sezione d'urto Brillouin di multistrati
Autore
Andrea Amici - Politecnico di Milano - [1997-98]
Documenti
Abstract
La diffusione anelastica della luce costituisce uno dei mezzi più potenti per indagare le eccitazioni collettive nei solidi, tra cui i fononi acustici. Il modello teorico dello scattering di Brillouin sviluppato nella presente tesi produce risultati in ottimo accordo con gli esperimenti ed è applicabile allo studio di materiali opachi e semi-opachi, nei quali la scarsa penetrazione della luce rende particolarmente evidenti i fononi acustici di superficie. A differenza di quanto avviene nei materiali trasparenti, dove ha per lo più importanza lo scattering di volume dovuto ad effetto elasto-ottico, nei materiali opachi e semi-opachi un rilevante contributo deriva dall’effetto "ripple".
Gli spettri Brillouin evidenziano anche l'esistenza dei cosiddetti pseudomodi di superficie che pur nascendo dalla sovrapposizione delle onde di volume distribuiscono la propria energia per lo più nelle vicinanze della superficie.
Il lavoro affrontato nella tesi può essere suddiviso in due parti, la prima dedicata alla propagazione delle eccitazioni acustiche, la seconda dedicata all’accoppiamento tra campo acustico e campo elettromagnetico. Entrambe i problemi sono stati risolti utilizzando la teoria della risposta lineare ed in particolare il teorema di Fluttuazione-Dissipazione, esteso al caso dei mezzi continui. Un metodo di calcolo ricorsivo permette di ottenere l'espressione in forma chiusa della funzione di Green acustica relativa ad un multistrato costituito da un numero qualsiasi di film.
La descrizione dell’accoppiamento tra campo acustico e campo elettromagnetico, sia per effetto ripple, sia per effetto elasto-ottico, è basata sulla funzione di Green elettromagnetica, seguendo un percorso alternativo ai metodi usuali. Anche per le funzioni di Green elettromagnetiche, un metodo di calcolo ricorsivo permette di ottenere espressioni in forma chiusa.
La teoria sviluppata è stata applicata al calcolo delle sezioni d’urto Brillouin dei fononi sagittali [100] di multistrati cubici. Il confronto tra i risultati sperimentali relativi a due casi di interesse pratico (un substrato puro di Si e una struttura SOI-SIMOX Si/SiO2/Si) e quelli ottenuti per via teorica è più che soddisfacente e permette di confidare sulla validità del metodo utilizzato.
Gli spettri Brillouin evidenziano anche l'esistenza dei cosiddetti pseudomodi di superficie che pur nascendo dalla sovrapposizione delle onde di volume distribuiscono la propria energia per lo più nelle vicinanze della superficie.
Il lavoro affrontato nella tesi può essere suddiviso in due parti, la prima dedicata alla propagazione delle eccitazioni acustiche, la seconda dedicata all’accoppiamento tra campo acustico e campo elettromagnetico. Entrambe i problemi sono stati risolti utilizzando la teoria della risposta lineare ed in particolare il teorema di Fluttuazione-Dissipazione, esteso al caso dei mezzi continui. Un metodo di calcolo ricorsivo permette di ottenere l'espressione in forma chiusa della funzione di Green acustica relativa ad un multistrato costituito da un numero qualsiasi di film.
La descrizione dell’accoppiamento tra campo acustico e campo elettromagnetico, sia per effetto ripple, sia per effetto elasto-ottico, è basata sulla funzione di Green elettromagnetica, seguendo un percorso alternativo ai metodi usuali. Anche per le funzioni di Green elettromagnetiche, un metodo di calcolo ricorsivo permette di ottenere espressioni in forma chiusa.
La teoria sviluppata è stata applicata al calcolo delle sezioni d’urto Brillouin dei fononi sagittali [100] di multistrati cubici. Il confronto tra i risultati sperimentali relativi a due casi di interesse pratico (un substrato puro di Si e una struttura SOI-SIMOX Si/SiO2/Si) e quelli ottenuti per via teorica è più che soddisfacente e permette di confidare sulla validità del metodo utilizzato.
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