Les activités de l’équipe portent sur la modélisation, la simulation numérique et la métrologie des propriétés de transport (électrons, phonons) de matériaux micro et nano-structurés. Elle compte 4 permanent (1Pr, 2MdC, 1 chercheur CNRS)..
L’équipe est structurée au sein de l’opération scientifique « Transport en milieux complexes » (OS TMC) du LEMTA et constitue une de ses trois composantes. Les objectifs scientifiques de l’équipe visent une meilleure compréhension des processus de transport de la chaleur à échelles de temps et d’espace inférieures à la limite classique (régime diffusif de Fourier). Les travaux menés au sein de l’équipe impliquent des approches théoriques et expérimentales, qui passent par la mise en œuvre d’outils numériques et de techniques spécifiques. Celles-ci sont :
- La modélisation et le calcul ab-initio des propriétés de transport électronique et phononique des matériaux ;
- La modélisation du transport de la chaleurs dans les matériaux, les fluides et aux interfaces par la modélisation atomistique à l’aide la Dynamique Moléculaire (EMD, NEMD, CgMD, …) ;
- La modélisation des transferts de chaleurs dans les matériaux semi-conducteurs nano et micro-structurés par la résolution statistique de l’équation de Transport de Boltzmann et la méthode de Monte Carlo (ETB-MC) ;
- La microscopie thermique à sonde locale (SThM) pour la caractérisation des propriétés thermique de nano et micro-devices (nanofilms, nanofils, couches minces nanoporeuses ou contenant des nanoinclusions, …) ;
- La thermoréflectance laser modulée à hautes fréquences (FDTR) pour l’étude des transports de chaleur non-diffusifs.
Les champs thématiques et applicatifs explorés par l’équipe concernent : les matériaux semi-conducteurs pour le contrôle thermique en micro et nanoélectronique, les matériaux thermoélectriques nanostructurés, les transferts dans les nano et micro-devices, etc.
Projets et collaborations
L’équipe transport aux nanoéchelles est impliquée dans plusieurs projets scientifiques au niveau national (ANR Mesophon, ANR RTG, ANR SPIDER-man) et Européen (ANR-PRCI 3D Thermonano). Elle fait partie de plusieurs réseaux (GDRe “Thermal NanoSciences and NanoEngineering Group”, EERA Joint Programme AMPEA
Les collaborations scientifiques de l’équipe sont dans les domaines académiques et industriels (En France : C2N, Cethil, HotBlock Onboard, IEMN, IJL, Institut Néel, Institut Pprime, ILM, LOMA, ORANO ; à l’étranger : Aristotle University Thessaloniki, Demokritos Institute, EMPA, Kyoto University, ICN2, LIMMS).
Illustrations de nos travaux
Figure 1 : Temps de vie et relations de dispersion des phonons dans le silicium calculé par DFT; couplage de l’approche DFT avec la résolution de l’ETB pour le calcul de la conductivité de films mince de silicium dans les phases diamant et hexagonale.
Figure 2 : Membrane phononique à pores alignés et en quinconces; images MEB MEB et calcul de leurs conductivités thermiques par résolution Monte Carlo de l’ETB, comparaison à l’expérience (TDTR).
Figure 3 : (gauche) Principe du banc de mesure de Microscopie thermique à sonde locale ; (droite) Image thermique de nanofils de Bi2Te3 de 300 nm de diamètre.
Figure 4 : (gauche) Banc expérimental de Thermoréflectance laser modulée à hautes fréquences. (droite) Principe de la thermoréflectance laser.