Topic description
Près d'un tiers de la production énergétique des États-Unis est aujourd'hui consacré aux technologies de l'information, du microprocesseur aux data centers. En France, cette part est d'environ 11 %, et l'ADEME prévoit une forte augmentation. Dans ce contexte, la dissipation thermique — notamment à l'interface entre deux matériaux, même très fins — constitue une source importante de pertes énergétiques. La maîtrise de l'échauffement aux interfaces est ainsi devenue un enjeu critique dans la conception de dispositifs en micro- et nanotechnologies. Elle concerne également d'autres domaines, tels que les piles à lithium métallique ou encore les cavités supraconductrices des accélérateurs de particules, dont les parois sont recouvertes de couches nanométriques pour optimiser les champs accélérateurs.
De plus, la physique du transport thermique à l'échelle micro- et nanométrique se caractérise, en plus de la résistance thermique aux interfaces, par l'émergence de nouveaux phénomènes — transport balistique, interférence, tunneling — qui apparaissent lorsque les libres parcours moyens des porteurs de chaleur (phonons) deviennent comparables ou supérieurs à la taille du système. Malgré de nombreuses études théoriques et numériques, la prédiction du comportement thermique d'un nano système reste un défi, en raison du manque de données expérimentales.
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Nearly one-third of energy production in the United States is currently devoted to information technologies, from microprocessors to data centers. In France, this share is around 11%, and ADEME anticipates a sharp increase. In this context, heat dissipation — particularly at the interface between two materials, even very thin ones — represents a major source of energy loss. Controlling heating at interfaces has therefore become a critical issue in the design of micro- and nanotechnology devices. It also concerns other fields, such as lithium-metal batteries or the superconducting cavities of particle accelerators, whose walls are coated with nanometric layers to optimize the accelerating fields.
Moreover, the physics of thermal transport at the micro- and nanoscale is characterized, in addition to interfacial thermal resistance, by the emergence of new phenomena — ballistic transport, interference, tunneling — which occur when the mean free paths of heat carriers (phonons) become comparable to or greater than the size of the system. Despite numerous theoretical and numerical studies, predicting the thermal behavior of a nanosystem remains a challenge due to the lack of experimental data.
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Début de la thèse : 01/10/
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