Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont trouvé de nouvelles façons de contrôler la façon dont la chaleur circule à travers des matériaux minces en empilant des couches d'atomes atomiquement minces dans des hétérostructures de van der Waals. En comparant différents empilements de matériaux différents, voire le même matériau après traitement thermique, ils ont découvert qu'un couplage faible et une inadéquation entre les couches contribuaient à réduire considérablement le transport de chaleur. Leur découverte promet un contrôle sensible du flux de chaleur à l'échelle nanométrique dans les dispositifs thermoélectriques.

La chaleur est partout, et elle coule. La chaleur aux mauvais endroits peut également être dommageable. Les exemples incluent la surchauffe de l'électronique, car les micropuces produisent plus de chaleur qu'elles ne peuvent en évacuer pendant qu'elles effectuent des tâches de calcul intensives. Cela peut endommager ou réduire considérablement la durée de vie des appareils électroniques, faisant du contrôle du flux de chaleur à l'échelle nanométrique une préoccupation urgente pour la société moderne.

Une équipe dirigée par le professeur Kazuhiro Yanagi de l'Université métropolitaine de Tokyo a travaillé sur les moyens de produire et de manipuler des couches ultrafines d'une classe de matériaux connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition. Ici, ils ont pris des couches de disulfure de molybdène et de diséléniure de molybdène d'un seul atome d'épaisseur et les ont empilées en couches de quatre (films 4L). Les couches pourraient être couplées ensemble de différentes manières. La manière unique et douce de l'équipe de transférer de grandes feuilles minces d'un seul atome leur a permis de créer des piles de couches liées ensemble par les forces de van der Waals. Ils pourraient également être fortement liés par des techniques plus conventionnelles, en particulier le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Cela donne lieu à un certain nombre de permutations sur la manière dont les couches isolées peuvent être assemblées et contrôlent potentiellement la manière dont la chaleur les traverse.

En utilisant une technique de revêtement spéciale, ils ont pu détecter la façon dont de minuscules quantités de chaleur passaient devant ces cheminées avec une assez bonne précision. Premièrement, ils ont découvert que les couches fortement liées par CVD laissaient passer beaucoup plus de chaleur que leurs homologues faiblement liées. Cet effet pourrait être partiellement inversé en recuisant les couches faiblement maintenues, en renforçant la liaison et en améliorant le transport de la chaleur. En outre, ils ont comparé des empilements de quatre couches de sulfure de molybdène à une structure de type "lasagne" constituée de couches alternées de sulfure de molybdène et de séléniure de molybdène. De telles hétérostructures présentaient un décalage structurel artificiel entre les couches adjacentes d'atomes, ce qui entraînait des niveaux de transfert de chaleur nettement inférieurs, plus de 10 fois inférieurs à ceux des couches fortement liées.

Les découvertes de l'équipe démontrent non seulement un nouveau développement technique, mais fournissent des règles de conception générales sur la façon dont on peut contrôler la façon dont la chaleur circule à l'échelle nanométrique, que l'on veuille plus ou moins de flux. Ces connaissances conduiront au développement d'isolants ultrafins et ultralégers ainsi que de nouveaux matériaux thermoélectriques, où la chaleur pourrait être efficacement canalisée pour être convertie en électricité. + Explorer plus loin

Des matériaux inhabituels pourraient améliorer la fiabilité des appareils électroniques et autres