Proposition de stage M2 & Thèse

Contexte : Il a été récemment établi que les lois classiques de transport thermique (Fourier, Casimir) sont inapplicables dans des micro et nano systèmes. Désormais, le défi est d’étudier expérimentalement la nouvelle physique thermique des micro et nano structures. En effet, la physique du transport de chaleur dans ces structures est caractérisée par une dualité entre des phénomènes ondulatoires (ondes élastiques du réseau cristallin) et « corpusculaires » (phonons). De plus, les vibrations/oscillations mécaniques de ces micro et nano structures peuvent elles-mêmes constituer de nouveaux modes (fluxons) de transport thermique. La notion même de quantum de conductance thermique a été introduite pour ces micro et nano structures, suggérant ainsi une limite théorique de la conductance thermique (0.28 nW à 300K) (Nature, 404, 974, 2000). Encore plus récemment, nous avons mis en évidence un nouveau régime de diffusion (dite résonante) de phonons, qui amplifie la transmission thermique à une interface (Nature Materials, 15, 974, 2016).
Pour ce nouveau projet, nous nous intéresserons en particulier au transport thermique dit « balistique » (sans collision interne) dans des structures de type micro et nano membranaires. Dans ces structures, le gradient de température n’est plus la force motrice. Des effets quantiques apparaissent lorsque les libres parcours moyens (la longueur de diffusion des phonons entre deux collisions) deviennent comparables ou plus grands que la dimension du système lui-même.

Objectif du stage (puis de thèse): La recherche proposée porte sur une étude de la conductance thermique (in plane et cross plane) en régime balistique en prenant en compte la dépendance à la température, ainsi qu’à l’épaisseur de la membrane. L’influence de la rugosité de surface sera également examinée pour différentes longueurs d’onde des phonons. La finalité est d’établir de nouvelles lois de conduction thermique en régime balistique, et, par la suite, d’étudier le phénomène d’interférence d’ondes thermiques (par analogie avec la lumière).

Rémunération : oui
Possibilité de poursuivre en thèse : oui

Titre : Conductance et Interférence Thermiques
Title: Thermal conductance and interference effects


Moyens : Cette recherche s’effectue en collaboration avec les laboratoires : EM2C/CentraleSupélec, LPN/Marcoussis, LIMSI/CNRS et IPN/Orsay. Les spécificités scientifiques des ces laboratoires – Modélisation, Fabrication et Méthodes Expérimentales - sont complémentaires. Les expériences seront effectuées sur des dispositifs de type MEMS en nitrate de silicium (SiN), comprenant des membranes suspendues. Le/la candidat.e s’investira dans l’étude expérimentale, laquelle s’effectuera dans des conditions extrêmes (T