L’école thématique proposée constituera l’une des sessions de l’école internationale Son et Lumière, et sera consacrée à la nanophononique, c’est-à-dire l’étude - le plus souvent par des méthodes optiques, d’où le nom "Son et Lumière" donné à la série d’écoles - des ondes acoustiques dans des systèmes présentant une dimension ou une structuration nanométrique ou encore une forte hétérogénéité locale. De nombreuses questions fondamentales restent actuellement toujours ouvertes dans ce domaine, concernant notamment l’impact du confinement spatial sur les propriétés photoniques et phononiques des nanostructures, ainsi que les modalités de leur couplage, qui permet par exemple la détection optique des vibrations des nanostructures. L’ingénierie de ces effets ouvre la voie à de nouvelles applications dans des domaines aussi variés que la microélectronique, la conversion énergétique ou le secteur biomédical. Dans cette édition 2021, une place importante sera donnée à l’étude et l’imagerie d’objets biologiques viscoélastiques par la diffusion Brillouin, la diffusion Raman et des méthodes impulsionnelles, en relation étroite avec le COST « BioBrillouin » (https://www.biobrillouin.eu/) qui partagera ses résultats (https://www.biobrillouin.eu/publications/), ses conclusions et ses perspectives avec nos participants physiciens et biophysiciens. L’action COST « BioBrillouin » sera un soutien actif à l’organisation et au bon déroulement de l’école, avec la participation au comité de l’école, du directeur de l'action COST.

L'école est organisée par Laurent Belliard (INSP, Sorbonne Université, Paris, France), Philippe Djemia (LSPM, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse, France), Kareem Elsayad (Vienna Biocenter Core Facilities, Vienne, Autriche), Jérémie Margueritat (ILM, université de Lyon, France).

Les trois objectifs principaux recherchés à travers l’organisation de cette école sont de :

• contribuer à la formation initiale de jeunes chercheurs travaillant dans le domaine de la nanophononique en leur présentant un état de l’art détaillé de cette discipline offrant de nombreuses thématiques de recherches fondamentales et appliquées. Nous profiterons de l’opportunité d’associer les acteurs du COST « BioBrillouin » qui se clôturera en 2021, pour faire un focus particulier sur les applications en biologie et autres matières molles, de la diffusion Brillouin, de la diffusion Raman et des méthodes impulsionnelles.

• stimuler et renforcer les interactions entre les différentes communautés de physiciens et biophysiciens se consacrant à l’étude des phonons avec des approches expérimentales (spectroscopies ultrarapide ou vibrationnelle, sonde par rayons X…), des objets d’étude (matériaux métalliques, semiconducteurs ou diélectriques confinés à l’échelle nanométrique dans 1, 2 ou 3 dimension(s), structures biologiques, matière molle…), des vocabulaires et des finalités (réponse à des questions fondamentales ou développement d’applications technologiques novatrices) différents, et ayant peu d’occasions d’échanger hors des écoles Son et Lumière. Ces échanges permettront très probablement de réaliser d’intéressants parallèles entre les concepts manipulés par les différentes communautés et faciliteront la mise en place de projets de recherche résolument multidisciplinaires novateurs.

• Intéresser les chercheurs/ingénieurs des centres de R&D industriels (Essilor, Thalès,…) et des laboratoires communs avec le CNRS (Saint Gobain Recherche, Thalès, STMicroelectronics…) pour participer ou bien comme intervenant pour illustrer les applications industriels.

L’objectif de la session sera de donner aux participants des bases solides dans le domaine de la nanophononique à travers des cours approfondis et pédagogique qui introduiront les concepts de base de cette discipline, décriront les questions fondamentales étudiées et les problématiques technologiques associées, et présenteront les approches expérimentales et théoriques disponibles pour les aborder. Seront notamment traités les concepts physiques, les techniques expérimentales, les environnements HP-HT, les modélisations et les applications des ondes ultrasonores :

• Mécanismes d’amortissement vibrationnel

• Cavités acoustiques

• Transport thermique à l’échelle nanométrique : régimes balistique et diffusif, résistances d’interface – Thermoréflectance résolue en temps ou fréquentielle

• Photons, phonons, magnons interactions

• Génération/détection optique de phonons GHz/THz (acoustique picoseconde)

• Spectroscopie optique ultrarapide

• Spectroscopie THz

• Utilisation de rayons X pour sonder la matière

• Environnements hautes pressions-hautes températures

• Modes de vibration localisés dans les nano-objets

• Interactions acoustiques entre nano-objets proches et dans les structures périodiques (cristaux phononiques, métamatériaux…)

• Ondes acoustiques de surface

• Modélisations des ondes acoustiques

• Optomécanique : mécanismes de couplage, cristaux phoxoniques, régime quantique…

• Diffusion inélastique de lumière par les phonons (spectroscopies Brillouin et Raman)

• Applications technologiques, biologiques et médicales des ondes ultrasonores