Un transfert thermique efficace à l'échelle nanométrique
Il y a près d'une décennie qu'était découvert un nouveau mode très efficace de conduction thermique, le transport de chaleur se faisant par des excitations magnétiques dans des dispositifs quantiques quasiment unidimensionnels. La conductivité thermique provenant des excitations magnétiques est pratiquement aussi efficace que dans les matériaux métalliques traditionnels à température ambiante. De plus, ces composants magnétiques innovants offrent de nombreux avantages en termes de gestion thermique efficace. Financé par l'UE, le projet LOTHERM («Low-dimensional quantum magnets for thermal management») se concentre sur l'exploitation des aimants quantiques quasi unidimensionnels pour effectuer une réduction thermique plus rapide et efficace dans les appareils et les circuits électroniques. Ces aimants conduisent la chaleur le long d'un seul axe du cristal, alors qu'ils résistent au transfert selon les autres axes. En outre, la chaleur est transportée par des moments magnétiques localisés, lesquels peuvent être manipulés par la lumière ou par des champs magnétiques. On pourrait ainsi fabriquer un isolant électrique doté d'une conductivité thermique réglable, à température normale. Certains cristaux très purs des aimants quantiques avec une forte conductivité thermique (à des valeurs kappa-mag élevées), comme les composés à cinq liaisons, ont été développés et testés à des températures élevées. Les cristaux isolés de grande pureté ont montré une conductivité thermique élevée, alors que le désordre induit par dopage conduisait à une réduction drastique de la valeur kappa-mag. Les chercheurs ont également fait pousser des couches minces de ces matériaux. Le projet a considérablement progressé dans la conception de nouvelles techniques expérimentales pour le transport et la dynamique magnétiques. Les partenaires du projet ont rassemblé des données sur la conductivité thermique jusqu'à 800 Kelvin. Les chercheurs ont simulé le flux de chaleur pour évaluer les capacités de gestion thermique des matériaux à kappa-mag élevé, ce qui a permis de caractériser des appareils électroniques réalistes. Enfin, ils ont fabriqué et caractérisé un dispositif contenant un tel matériau et présentant une répartition de chaleur très anisotrope à sa surface. Ceci a permis d'étudier des propriétés de conduction thermiques extraordinaires, comme un flux thermique réparti irrégulièrement. Le projet LOTHERM a contribué à une croissance durable en Europe en exploitant de nouveaux matériaux afin de gérer la dissipation de la chaleur à l'échelle nanométrique. Les aimants unidimensionnels apportent l'occasion unique d'étudier les états de base et excités de modèles quantiques, ainsi que l'interaction des fluctuations thermiques et quantiques.
Mots‑clés
Gestion thermique, aimant quantique, unidimensionnel, conductivité thermique, dissipation thermique, kappa-mag
