Les physiciens conçoivent maintenant de nouveaux matériaux avec des propriétés physiques adaptées pour répondre à des besoins spécifiques de consommation d'énergie. Avant que ces soi-disant matériaux par conception puissent être appliqués, il est essentiel de comprendre leurs caractéristiques, comme le flux de chaleur. Maintenant, une équipe de physiciens italiens a développé un modèle théorique prédictif des flux de chaleur dans ces matériaux, en utilisant des calculs à l'échelle de l'atome.
La recherche, réalisée par Claudio Melis et ses collègues de l'Université de Cagliary, Italie, est publié dans le Revue Physique Européenne B . Leurs découvertes pourraient avoir des implications pour l'optimisation du budget thermique des dispositifs nanoélectroniques - ce qui signifie qu'ils pourraient aider à dissiper la quantité totale d'énergie thermique générée par les courants d'électrons - ou dans la production d'énergie par des effets thermoélectriques dans de nouveaux nanomatériaux.
Les auteurs se sont appuyés sur des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle pour étudier le transport thermique à l'échelle nanométrique et déterminer les caractéristiques physiques correspondantes, qui déterminent la conductivité thermique. Les méthodes de calcul atomistiques traditionnelles impliquent une charge de travail de calcul importante, ce qui empêche parfois leur application à des systèmes suffisamment grands pour modéliser la complexité structurelle expérimentale d'échantillons réels.
Au lieu, Melis et ses collègues ont adopté une méthode appelée approche dynamique moléculaire d'équilibre (AEMD), qui est robuste et adapté à la représentation de grands systèmes. Ainsi, il peut utiliser des simulations pour fournir des prédictions fiables sur le transport thermique. Les auteurs ont étudié dans quelle mesure la fiabilité des résultats de la méthode AEMD est affectée par des problèmes de mise en œuvre.
En outre, ils ont appliqué la méthode au transport thermique dans du silicium nanostructuré, un système d'intérêt actuel à fort impact potentiel sur la technologie thermoélectrique, à l'aide de simulations d'une taille sans précédent. Finalement, le modèle pourrait être appliqué aux semi-conducteurs utilisés comme thermoélectriques à haut rendement, et aux nanorubans de graphène utilisés comme dissipateurs thermiques pour les dispositifs d'intégration dits à très grande échelle, tels que les microprocesseurs informatiques.
