Thermal Nanosciences and Nanoengineering

1. Contexte et objectifs

Le GdRe Thermal NanoSciences and NanoEngineering est un groupement de recherche européen qui a débuté en Janvier 2015 et qui s’achèvera en Décembre 2019. Il est animé par Sebastian Volz (EM2C, UPR CNRS 288, INSIS).

La nanothermique reste un domaine scientifique dynamique marqué par la publication annuelle de plusieurs articles dans les magazines Science et Nature ainsi que dans les meilleurs journaux de physique (Physical Review Letters), de matériaux (Advanced Materials, Nature Materials), d’optique (Nature Photonics, Optics Letters) et de chimie (NanoLetters, ACS Nano). Ce dynamisme se caractérise par une ouverture sur de nouvelles thématiques et de nouvelles méthodes, telles les méthodes de simulation directe ab initio pour l’estimation des temps de relaxation de phonons ou bien les méthodes de fabrication fines des nanomatériaux par MBE.

Les nouvelles thématiques liées aux phonons thermiques incluent 1) les cristaux phononiques avec toute la boîte à outil disponible (cavités, résonateurs) permettant de contrôler le spectre des phonons porteurs de chaleur et posant la question ouverte de la cohérence des phonons thermiques; 2) le couplage avec les photons pour générer le rayonnement de champ proche permettant de modifier largement les flux échangés ou propagés; 3) le contrôle des transferts nano-objets/liquides en milieu biologique pour l’hyperthermie, transferts générés par chauffage optiques ou magnétiques et le plus souvent médiatisés par des composés carbonés.

De fait, notons l’apparition de nouvelles conférences internationales (Phononics pour 1) et NanoRad pour 2)) en fort développement où la nanothermique est clairement affichée. Concernant la thématique 3), les communautés existantes ne sont pas « thermiciennes » ce qui ouvre un large espace à la nanothermique.

L’objectif est donc de structurer des compétences théoriques et expérimentales françaises et européennes sur ces nouvelles thématiques recentrées sur la nanothermique. Le défi est donc de créer un langage commun avec des communautés d’acousticiens, d’opticiens, de biologistes et de chimistes.

Par ailleurs deux thématiques restent particulièrement actives, à savoir 4) le couplage des phonons thermiques avec les électrons pour optimiser les propriétés thermoélectriques; enfin 5) les interactions de ces mêmes phonons avec les nanostructures (défauts, nano-objets –interface, nanoparticule, nanotube et systèmes 2D tel le graphène –) pour le design de matériaux d’interface thermique.

2. La structure

La stratégie concernant la structure est cette fois-ci d’éviter la partition en groupes afin d’établir un noyau solide transversal. Si les actions prévues incluent le soutien à des meetings, des réunions spécifiquement GDRe seront aussi organisées pour tous les membres, français et européens. La partition en groupe précédente a en effet clairement scindé le réseau. Cette nouvelle stratégie est rendue possible par l’existence du paradigme « Phonon » commun à tous.

3. Les actions

Afin d’établir un langage commun autour des trois thématiques 1), 2) et 3) sus-citées, trois écoles seront organisées les trois dernières années du GDRe et un effort sera engagé pour que les cours soient édités sous différentes formes (livres, proceedings).

L’organisation et le soutien à des évènements (conférences, workshops) seront toujours maintenus pour établir ou conserver le positionnement français dans les cinq thématiques précédemment énoncées. Enfin des réunions spécifiquement GDRe seront organisées bi-annuellement pour resouder les équipes françaises et redonner un cadre aux jeunes entrants, doctorants, post-doctorants et chercheurs. Les moyens seront spécialement destinés à la venue de personnalités scientifiques externes à la micro/nanothermique dans les différents types d’évènements.

4. Les partenaires

Outre les partenaires externes qui incluront tous ceux du GDRe précédent, les partenaires du noyau des dix tutelles imposées représenteront essentiellement un pôle réduit de 4 équipes nanothermiciennes (EM2C, CETHIL, LEMTA, PPRIME) ainsi qu’une équipe française et une équipe non française dans chacune des trois nouvelles thématiques :

  • IEMN – VTT et ICN pour les cristaux thermophononiques
  • LCFIO – Oldenburg pour le rayonnement de champ proche
  • MSC (Paris 7) – U Leuwen pour l’interaction nano-objet – milieu biologique.