Thèse : Transport de chaleur dans des matériaux de basse dimensionnalité (H/F)

Sujet de thèse :
Le transport thermique est crucial pour le management thermique de dispositifs électroniques et la conception de nouveaux composants thermoélectriques. Il est cependant toujours mal connu et l’ingénierie thermique reste un challenge, encore au stade fondamental. Dans ce cadre, les matériaux 2D offrent des propriétés thermiques avantageuses et leur épaisseur atomique ouvre la voie à la manipulation du transport de phonons. Le projet proposé ici vise à façonner des conducteurs 2D asymétriques afin de favoriser une direction de transport et ainsi obtenir une rectification thermique. Un tel dispositif serait la brique de base vers une ingénierie thermique plus complexe et une plateforme de test des modèles théoriques de transport thermique.

Cette thèse s’inscrit dans le projet BF2D (ANR-24-CE50-2146) coordonné par le CETHIL (Lyon). Le CETHIL assurera la modélisation tandis que l’Institut Néel mesurera expérimentalement le transport asymétrique de chaleur par spectroscopie Raman optothermique. Les matériaux 2D, suspendus ou non, seront patternés de façon à les rendre asymétriques par des défauts ou leur géométrie pour créer un transport de phonon avec une direction facile. La spectroscopie Raman est largement utilisée comme sonde non invasive de la thermique à l’échelle du micron, permettant notamment d’accéder à la conductivité thermique (1,2,3). Récemment, une technique originale basée sur 2 lasers, publiée par Reparaz et al. (4) et mise en œuvre à Néel sur du graphène a permis la cartographie par un laser de la température de graphène chauffé par le 2e laser (5). Néel est reconnu pour son expertise sur les mesures par ponts thermiques obtenus grâce au développement unique de plateformes thermiques microniques (6).

La thèse reposera sur ces deux techniques expérimentales pour adresser les questions fondamentales liées au transport mesoscopique de phonons. Le consortium de l’ANR apportera son expertise en synthèse (ONERA), absorption optique (LOMA) et modélisation (CETHIL et IMPMC).

Compétences attendues :
• Formation en physique de la matière condensée
• Connaissance des techniques de salle blanche : lithographie électronique, lithographie laser et techniques associées
• Connaissance des matériaux 2D
• Connaissance et spectroscopie
• Être à l’aise avec le travail multi-tâches
• Être à l’aise avec le travail en équipe

1) A.A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Tewelde-brhan, F. Miao, and C.N. Lau, Nano Lett. 8, 902-907 (2008). 2) W. Cai, A.L. Moore, Y. Zhu, X. Li, S. Chen, L. Shi, and R.S. Ruoff , Nano Lett. 10, 1645-1651 (2010). 3) C. Faugeras, B. Faugeras, M. Orlita, M. Potemski, R.R. Nair, and A.K. Geim, ACS Nano 4, 1889-1892 (2010). 4) J.S. Reparaz, et al., Rev. Sci. Instr. 85, 034901 (2014). 5) P. Singh, …, L. Marty, J. Chaste, M. Lazzeri and N. Bendiab, Submitted to ACS Nano. 6) A. Tavakoli, K. Lulla, T. Crozes, E. Collin, and O. Bourgeois, Nat. Commun. 9, 4
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