Thèse H/F: Fonctionnalisation de matériaux 2D et d'hétérostructures 2D pour ajuster leurs propriétés th

Sujet de thèse :
Description du sujet de thèse

Mots clés. Matériaux 2D : graphène, hBN, dichalcogénures, hétérostructures latérales/verticales, transport thermique au-delà de la loi de Fourier, conductivité thermique anisotrope, dynamique moléculaire.

Contexte : Le XXIe siècle est celui des nano-dispositifs. Ces dispositifs, allant des nano-transistors aux nano-capteurs et nano-antennes, ont permis à l’humanité d’exploiter pleinement les capacités technologiques des systèmes électroniques, thermiques, magnétiques et autres. Ils ont également progressivement intégré le quotidien de l’individu grâce aux progrès de la miniaturisation, de la standardisation des procédés de fabrication et de la production à grande échelle. Cependant, on observe que la tendance à la miniaturisation exponentielle dans le domaine de la microélectronique, connue sous le nom de loi de Moore, a été stoppée. L’une des principales raisons est le problème de dissipation de la chaleur dans les nano-dispositifs. Une gestion thermique plus efficace à l'échelle nanométrique est actuellement l'une des principales préoccupations de la communauté scientifique, non seulement dans le contexte de la miniaturisation, mais aussi pour répondre aux problématiques de consommation énergétique et de gestion des pertes thermiques des dispositifs de nouvelle génération. Les matériaux 2D, notamment le graphène, le nitrure de bore hexagonal (hBN) et les dichalocogénures, se sont révélés être d'excellents candidats pour une gestion thermique efficace dans les nanodispositifs. Dans le domaine du transport thermique, lorsque l'échelle de longueur caractéristique du dispositif devient comparable au libre parcours moyen ou à la longueur d'onde des porteurs de chaleur, tels que les vibrations du réseau (phonons), le transport thermique dépasse la loi de Fourier (régime balistique ou hydrodynamique), tandis que les propriétés thermiques des nanomatériaux deviennent ajustables. À cette fin, les hétérostructures 2D verticales et latérales ou les matériaux 2D fonctionnalisés présentent des propriétés très recherchées, telles que l'anisotropie thermique et une large gamme de valeurs de la conductivité thermique, pour la conception et la fabrication de composants thermotroniques tels que les diodes thermiques et les conducteurs permettant le contrôle du flux thermique. Il est indéniable que la simulation et la modélisation de tels systèmes sont d’une importance capitale pour une meilleure compréhension des processus physiques sous-jacents et l’optimisation des nano-dispositifs de nouvelle génération.

Verrous Scientifiques: Le principal défi consiste à modéliser et simuler des matériaux 2D fonctionnalisés incorporant des trous ou des régions amorphes, ainsi que des hétérostructures verticales et latérales réalistes, afin de proposer aux expérimentateurs de nouvelles stratégies pour obtenir une dissipation thermique directionnelle. L'objectif global du conso
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