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Posté par Redbran le Samedi 10/06/2017 à 11:00
Des réseaux de trous pour contrôler la propagation de la chaleur
Porteurs de la chaleur, les phonons se laissent bien moins facilement manipuler que leurs cousins les photons. Des chercheurs du LIMMS et de l'Université de Tokyo sont pourtant parvenus à les focaliser et donc à en maîtriser la propagation. Leur système fonctionne grâce à des réseaux de trous nanométriques sur des membranes de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Ces travaux sont publiés dans Nature Communications.

Si la propagation de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) est presque impossible à contrôler, les chercheurs savent depuis quelques années que les phonons, les quasi-particules qui la portent, commencent par se propager en ligne droite sur plusieurs centaines de nanomètres. Au-delà, les phonons vont subir des processus de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une...) qui modifient aléatoirement leur direction de propagation. La première phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :), appelée transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des...) balistique (La balistique est la science qui a pour objet l'étude du mouvement des projectiles.) de la chaleur, n'avait pas trouvé d'application concrète (La concrète est une pâte plus ou moins dure obtenue après extraction d’une matière première fraîche d’origine végétale (fleurs, feuille) par...), jusqu'aux tous derniers travaux de chercheurs du Laboratory for integrated micro mechatronics systems (CNRS/Université de Tokyo) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Tokyo.

Ils ont présenté un système sous la forme de membranes de silicium d'une centaine de nanomètres d'épaisseur, perforées de réseaux de trous alignés en arcs de cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée...) concentriques. Les phonons sont déviés lorsqu'ils interagissent avec le bord de ces trous et, statistiquement, ils tendent à passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) entre ces obstacles, là où rien ne vient les perturber. Ils sont ainsi guidés et dirigés dans la membrane par les chemins définis entre les trous. Le phénomène a aussi bien été démontré par des mesures expérimentales que des simulations statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de...). La disposition des trous en réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) radial a même permis de focaliser la chaleur en un point (Graphie) précis, situé à plusieurs centaines de nanomètres de distance. La focalisation des phonons atteint un taux de près de 15 % à 4 Kelvins, puis diminue lorsque la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) augmente pour arriver à 7 % à température ambiante. Les avancées dans les nanotechnologies devraient bientôt permettre d'améliorer ces performances jusqu'à des régimes d'applications pratiques. Il serait alors possible de diriger ou d'empêcher la diffusion de la chaleur sur des points extrêmement précis, ainsi que d'alimenter des nanoappareils énergétiquement autonomes.


© LIMMS
Carte énergétique des phonons autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) du point de focalisation de la chaleur obtenue par simulations Monte Carlo.

Référence publication:
Heat guiding and focusing using ballistic phonon (En physique de la matière condensée, un phonon (du grec ancien φονη / phonê, la voix) désigne un quantum de vibration dans un solide cristallin, c'est-à-dire un...) transport in phononic nanostructures
Roman Anufriev, Aymeric Ramiere, Jeremie Maire (Le maire représente l'autorité municipale. Dans de nombreux cas, il est le détenteur du pouvoir exécutif au niveau d'une ville ou communal en France et au Québec. Dans un gouvernement à gérance municipale comme dans...), and Masahiro Nomura
Nature Communications 8, 15505 (2017)
DOI:10.1038/ncomms15505
https://www.nature.com/articles/ncomms15505

Contact chercheur:
Aymeric Ramiere – LIMMS

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Source: CNRS-INSIS