Soutenance de thèse de Marta Reina

Soutenance de thèse de Marta Reina, doctorante dans le groupe Nanophotonique au Laboratoire Charles Fabry, le 12 octobre 2021 à 10h00 dans l'Auditorium de Palaiseau, sur le thème : "Couplage conduction-radiation à l'échelle nanométrique" / "conduction-radiation coupling at the nanoscale"

Résumé :

Deux corps à des températures différentes subissent un échange thermique médié par les photons, même lorsqu'ils sont séparés par le vide. Ce flux de chaleur radiatif, limité par la loi de Stefan-Boltzmann dans le champ lointain, peut même dépasser cette limite de plusieurs ordres de grandeur pour des distances plus courtes, dans le régime du champ proche. De manière surprenante, très peu d'efforts ont été consacrés jusqu'à présent à l'étude du couplage entre le transfert de chaleur radiative et la conduction dans un corps solide. Dans cette thèse, nous faisons face à ce problème et étudions la dynamique des oscillateurs mécaniques, en prédisant qu'un oscillateur à transition de phase piloté par des échanges thermiques en champ proche a un comportement thermomécanique bistable autour de sa température critique, ouvrant la voie à un possible traitement booléen de l'information issue du flux thermique à micro-échelle. Nous développons également une théorie pour décrire le couplage conduction-radiation entre des solides de taille arbitraire séparés par un espace sub-longueur d'onde. Nous montrons qu'en raison du profil de température induit par le couplage avec la conduction, le flux de chaleur radiatif échangé entre deux dalles parallèles à des distances nanométriques peut être de plusieurs ordres de grandeur inférieur à celui prédit par la théorie classique. En conséquence de ce couplage, nous mettons en évidence un fort ralentissement de la dynamique de relaxation dans le régime de champ proche extrême.

Abstract:

Two bodies at different temperatures experience a photon-mediated heat exchange, even when separated by vacuum. This radiative heat flux, limited by Stefan-Boltzmann’s law in the far field can exceed this limit even by orders of magnitude for shorter distances, in the near-field regime. Surprisingly, very few efforts have been devoted so far to the study of the coupling of radiative heat transfer and conduction in a solid body. In this thesis we face this problem and study the dynamics of mechanical oscillators, predicting that a phase-transition oscillator driven by near-field heat exchanges has a bistable thermomechanical behavior around its critical temperature, opening the way to a possible Boolean treatment of information from heat flux at microscale. We also develop a theory to describe the conduction-radiation coupling between solids of arbitrary size separated by a subwavelength gap. We show that, as a result of the temperature profile induced by the coupling with conduction, the radiative heat flux exchanged between two parallel slabs at nanometric distances can be orders of magnitude smaller than the one predicted by the conventional theory. As a result of this coupling, we highlight a strong slowing down of relaxation dynamics in the extreme near-field regime.