Publiée dans la revue Physical Review Letters, la recherche permet de comprendre le comportement du transport thermique dans les isolants et les semi-conducteurs lorsqu'ils sont soumis à des conditions extrêmes telles que des températures ou des pressions élevées.
L’étude offre également un aperçu de la conception de matériaux thermoélectriques de nouvelle génération, qui pourraient être utilisés pour convertir efficacement l’énergie thermique en énergie électrique.
"Ce que nous avons montré ici est une nouvelle façon d'envisager le transport thermique dans les isolants et les semi-conducteurs", a déclaré le Dr Joshua Kretchmer, professeur adjoint à l'École de physique de Georgia Tech et auteur principal de l'étude. "Nos résultats pourraient conduire à de nouveaux matériaux dotés de propriétés thermiques améliorées et ouvrir la voie à une conversion d'énergie plus efficace."
L'une des principales conclusions de l'étude est le rôle des « quasiparticules » dans le transport de la chaleur dans les solides. Ces quasiparticules sont des excitations dans le réseau cristallin qui se comportent comme des particules, mais ce ne sont pas des objets réels observables.
Dans les matériaux conventionnels, le transport de chaleur est souvent dominé par les vibrations des atomes au sein du réseau cristallin, qui peut être considéré comme un ensemble de ressorts et de masses. Cependant, dans certains matériaux, comme ceux utilisés dans les dispositifs thermoélectriques, le transport de chaleur est dominé par le mouvement de quasiparticules, comme les électrons ou les trous.
Les chercheurs ont découvert que l'interaction entre ces quasi-particules et les vibrations atomiques joue un rôle crucial dans la détermination des propriétés de transport thermique d'un matériau. Ils ont notamment constaté que lorsque l’interaction est forte, le transport de chaleur est réduit.
"Nos travaux montrent que l'interaction entre les quasiparticules et les vibrations est extrêmement importante pour comprendre le transport thermique dans les solides", a déclaré le Dr Kretchmer. "En contrôlant cette interaction, nous pourrions potentiellement concevoir des matériaux ayant une conductivité thermique beaucoup plus élevée ou plus faible, en fonction de l'application souhaitée."
Le Dr Kretchmer et son équipe travaillent actuellement à appliquer le cadre théorique à la conception de nouveaux matériaux thermoélectriques et à comprendre les propriétés de transport thermique d'autres matériaux, tels que les isolants topologiques et les supraconducteurs.
