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Actualités importantes
Un récent travail a montré que des films minces de oxyde de silicium, de quelques dizaines de nanomètres seulement, peuvent émettre d’énormes quantités de rayonnement thermique lorsqu'elles sont proches d’une surface du même matériau.
La découverte a eu lieu lorsqu'un groupe de scientifiques utilisait une technique expérimentale pour contrôler la séparation entre des objets macroscopiques avec une précision nanométrique, tout en cherchant à mesurer le transfert de chaleur avec une précision sans précédent.
"Avec cette technique, nous avons été en mesure d’étudier comment des films ultrafines d’oxyde de silicium échangent de la chaleur avec une sphère du même matériau," explique Juan Carlos Cuevas, chercheur à l’Université autonome de Madrid et coauteur du travail.
" À notre grande surprise, nous découvrons que lorsque la distance entre les objets est de quelques dizaines de nanomètres, l’émission thermique est indépendante de l’épaisseur des films. Cela implique que quelques couches atomiques de matériaux peuvent émettre autant de radiations qu’une quantité macroscopique du même matériau," ajoute le chercheur.
La découverte de ce mécanisme, totalement différente de celle qui se produit dans les objets quotidiens, peut permettre dans un proche avenir la miniaturisation des dispositifs basés sur le transfert radiatif (ou émission spontanée) de chaleur.
La découverte peut également être essentielle pour améliorer des technologies telles que la réfrigération des appareils électroniques, la lithographie thermique, la gravure magnétique assistée par la chaleur, ou pour créer une nouvelle génération de cellules thermophotovoltaïques plus efficaces.
Radiation thermique nanométrique
Tous les objets échangent de l’énergie avec leur environnement en émettant des radiations thermiques. Ce phénomène universel explique, par exemple, que le Soleil nous cède de l’énergie ou qu’un corps chaud se refroidisse.
L’étude de ce phénomène a joué un rôle important dans l’histoire de la science, et sa compréhension au début du siècle dernier a été décisive dans le développement de la physique quantique.
La miniaturisation des dispositifs électroniques, conjuguée au besoin croissant d’isolation thermique à basse température, a posé au cours des dernières décennies le défi de mieux comprendre comment se déroule cet échange de rayonnements entre des objets séparés par des distances inférieures à une mique.
Comme l’expliquent les auteurs du travail, le fait que, dans les couches d’oxyde de silicium, l’émission thermique soit indépendante de l’épaisseur des couches est dû au fait que l’émission de chaleur est produite par des ondes électromagnétiques qui se trouvent à la surface de ces matériaux.
Le travail a été publié dans Nature Nanotechnology par des ingénieurs de l’Université du Michigan et des physiciens du Centre de recherche en physique de la matière condamnée (IFIMAC) de l’université autonome de Madrid.
Référence bibliographique:
Enhancement of near-field radiative heat transfer using polar dielectric thin films.Bai Song, Yashar Ganjeh, Seid Sadat, Dakotah Thompson, Anthony Fiorino, Víctor Fernández-Hurtado, Johannes Feist, Francisco J. Garcia-Vidal, Juan Carlos Cuevas, Pramod Reddy, Edgar Meyhofer. Nature Nanotechnology 10, 253–258 (2015) doi:10.1038/nnano.2015.6.
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Université autonome de Madrid
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