Émission thermique dans le nano monde, comment la « couleur » compte

Les avancées dans le domaine des nanotechnologies et leur impact sur le développement des microprocesseurs nécessitent de comprendre et de maîtriser les échanges thermiques à l'échelle nanométrique.

Contrairement à l'émission thermique usuelle similaire au rayonnement solaire (« large bande »), l'émission en "champ proche" (à l'échelle « nano ») se focalise sur des fréquences spécifiques, ou « couleurs ». Ces fréquences correspondent aux résonances de surface du matériau considéré. Des mesures de précision menées par une équipe du Laboratoire de Physique des Lasers (LPL, CNRS / Université Sorbonne Paris Nord) montrent que l'émission thermique à l'échelle nanométrique s’effectue à une fréquence qui varie avec la température. L’équipe a montré un désaccord entre les résonances de surface du saphir prédites par les propriétés optiques du matériau en volume, mesurées au laboratoire Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute température et Irradiation (CEMHTI, CNRS / Université Orléans), et celles réellement observées par spectroscopie d'atomes de césium utilisés comme sondes au plus près de la surface. L’équipe a pu suggérer que la résonance de surface est plus étroite, et décalée vers les basses fréquences. Ces travaux ont été publiés dans Physical Review Letters.

Cette découverte souligne la difficulté d'extrapoler avec précision les propriétés des matériaux à partir de leur comportement en volume, et met en évidence le besoin de mesures nouvelles des modes de résonance de surface. Une telle connaissance est indispensable non seulement pour valider des prédictions essentielles dans le développement de nouvelles technologies, telles que les systèmes thermo-photovoltaïques ou les diodes thermiques, mais aussi pour envisager l'ingénierie des résonances de surface en exploitant l'anisotropie et la biréfringence des matériaux. Un soutien de la MITI (Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires), a été obtenu pour une exploration directe, par ellipsométrie, des modes de surface.