Des vVibrations quantiques liées à la chaleur et à l'électricité
Les matériaux thermoélectriques attirent de plus en plus l'attention en raison du potentiel qu'ils présentent pour la production d'énergie verte, la réfrigération écologique et le refroidissement localisé efficace des appareils électroniques (ce qui permet d'en augmenter la vitesse de calcul). Ces matériaux produisent une variation de tension en réponse à un écart de température, et inversement. Certaines de leurs nouvelles réponses thermiques sont dues à un couplage entre électrons et phonons. Les phonons sont des quanta d'énergie qui vibre généralement dans un réseau cristallin ou un solide. Comme leurs homologues électromagnétiques (photons), ces phonons ou ces vibrations comportent des fréquences et des longueurs d'onde et génèrent ainsi des spectres associés. Des scientifiques ont mis au point de nouvelles descriptions mathématiques des comportements des phonons dans le cadre du projet NON ADIABATIC PHONON («Non adiabatic vibrational spectra from first principles»), financé par l'UE. En particulier, ils ont appliqué deux méthodes récentes pour explorer la contribution des effets non adiabatiques et anharmoniques aux spectres de phonons dans les matériaux thermoélectriques. La première fait référence aux conditions dans lesquelles la chaleur entre ou quitte le système. L'autre se rapporte aux vibrations et aux écarts à des multiples de la fréquence harmonique ou naturelle, en plus de la fréquence naturelle même. L'équipe a mis au point une interface informatique pour une application de phonons cohérents qui extrait les forces ioniques pour calculer la dépendance en température des spectres de phonons. Les scientifiques ont ensuite appliqué le code au tellurure de plomb (PbTe), un matériau semiconducteur thermoélectrique prometteur dont la réponse thermoélectrique n'a pas encore été complètement décrite. La version complète du code pour les calculs de dispersion des phonons non adiabatiques et les effets thermiques anharmoniques dans un matériau est prévue dans les prochains mois. Par ailleurs, les chercheurs ont établi des liens solides et un réseau de collaboration avec d'autres établissements européens afin de produire de futures propositions conjointes de valeur. Les matériaux thermoélectriques font l'objet d'études approfondies pour découvrir des applications aussi bien dans les bâtiments à grande échelle que dans les composants microélectroniques individuels à petite échelle. Il est essentiel de caractériser les propriétés de leur réponse pour réaliser des progrès dans ce domaine et optimiser la rentabilité et la durabilité. Le projet NON ADIABATIC PHONON a contribué de manière importante à cet effort avec le code de modélisation et des méthodes numériques pour décrire les comportements nouveaux.
