C'est l'un des objectifs souhaités par les humains que nous voulions contrôler avec précision le transport de chaleur au niveau auquel nous pouvons contrôler le courant électrique. Cependant, il manque toujours un redresseur thermique ou une diode thermique à haute performance. Actuellement, des chercheurs du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) ont fait la démonstration d'un dispositif nanomesh de graphène asymétrique prometteur qui présente un taux de rectification thermique élevé à basse température. L'expérience fournit une ligne directrice pratique pour développer un redresseur thermique à haut rendement basé sur une structure de nanomesh de graphène. Les résultats sont publiés dans Nano Futures .

Le redresseur thermique a été démontré pour la première fois par Starr C. en 1936, dans lequel le flux de chaleur d'une direction est plus grand que la direction opposée comme similaire à une diode électrique. Le mécanisme conventionnel dans les matériaux en vrac est basé sur la dépendance à la température différente des conductivités thermiques dans deux matériaux de composition différente. Cependant, la plupart des résultats démontrés basés sur ce mécanisme montrent un faible taux de rectification d'environ 10 à 20 %. De plus, dans les dispositifs à l'échelle nanométrique, il est presque impossible de connaître les conductivités thermiques de chaque partie d'un redresseur thermique. Dans ces conditions, une nouvelle stratégie pour développer un redresseur thermique haute performance est fortement demandée.

Une équipe de recherche sur les phonons dirigée par le Dr Fayong Liu et le professeur Hiroshi Mizuta de JAIST, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST), a démontré que le phénomène de rectification thermique peut être observé avec un rapport élevé jusqu'à 60 % sur des dispositifs nanomesh de graphène asymétrique suspendus à basse température (150 K et 250 K). Ils introduisent le nanomesh de graphène en tant que structure cristalline phononique artificielle sur la moitié de la surface du canal de flux de chaleur (Figure 1). Le diamètre des nanopores est de 6 nm environ, et le pas est de 20 nm. Grâce à la méthode des « fuites thermiques différentielles », la mesure du flux de chaleur n'est pas perturbée par la fuite de courant d'électrons à travers le canal suspendu. La recherche se concentre sur les propriétés de transport des phonons de ce type de nouvelle structure de dispositif.

« Ce résultat de recherche est une avancée significative vers l'application pratique du graphène à la gestion thermique. C'est également une étape importante dans notre objectif final d'appliquer le graphène pour construire un monde plus vert », déclare le professeur Hiroshi Mizuta, directeur du Mizuta Lab. Le laboratoire Mizuta se concentre sur la physique fondamentale et les applications potentielles des dispositifs à base de graphène. Cette recherche fournit un moyen systématique d'améliorer les performances du redresseur thermique et soulève également la possibilité de l'étendre aux applications à température ambiante. + Explorer plus loin

Nouvelle "brique" pour les nanotechnologies :le nanomesh de graphène