Modélisation multiphysique de structures nanométriques résonantes

Multiphysics medling of resonant nanostructures

• Auteur / Autrice : Fadhil Mezghani
• Direction : Dominique Barchiesi, Abel Cherouat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 26/09/2016
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement Public à Caractère Scientifique et Technologique : INRIA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Tijani Gharbi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Barchiesi, Abel Cherouat, Tijani Gharbi, Abdelkhalak El Hami, Marc Lamy de la Chapelle, Houman Borouchaki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkhalak El Hami, Marc Lamy de la Chapelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul adaptatif

Mécanique

Thermique

Nanotechnologie

Éléments finis, Méthode des

Électromagnétisme

Modèles mathématiques

Physique mathématique

Mots clés libres

Physique mathématique

Modèles mathématiques

Electromagnétisme

Elements finis, Méthode des

Nanotechnologie

Thermique

Mécanique

Calcul adaptatif

Mathematical physics

Mathematical models

Electromagnetis

Finite element method

Nanoscience

Heat engineering

Mechanics

Adaptive computation

Résumé

La simulation multiphysique de l'interaction rayonnement-matière, des effets thermiques et mécaniques induits dans un matériau nanostructuré à un intérêt notamment lorsqu'il s'agit d'élaborer des capteurs voire de les optimiser. En effet, les effets thermiques peuvent être utilisés pour des applications chimiques ou biologiques et les dilatations mécaniques peuvent influer sur la durabilité du capteur et sur son efficacité. A l’échelle nanométrique, les longueurs caractéristiques des effets thermo-électro-magnétique-mécaniques ne sont pas du même ordre de grandeur et la simulation éléments finis doit être adaptée à chaque problème avec un contrôle adapté à l'erreur de la solution physique. Une procédure utilisant un remailleur adaptatif 3D Optiform et Comsol Multiphysics permet une relaxation du maillage ou un raffinement adapté afin d'accélérer la résolution (RAM et CPU) et améliorer la solution physique. Des simulations numériques des nano-objets de formes simples et des nanoantennes pour lesquelles l'exaltation du champ électromagnétique est localisée dans des zones de quelques nanomètres, alors que le gradient de température est beaucoup plus homogène dans le domaine de calcul et les dilatations sont nanométriques sont effectuées

Multiphysics simulation of light-matter interaction, induced temperature and dilation in nanostructures is of interest especially when it comes to develop or optimize sensors. Indeed, thermal effects can be used for chemical or biological applications, and mechanical dilation can affect the durability of the sensor and its effectiveness.However, the characteristic lengths of electromagnetic fields, temperature and dilation are not of the same magnitude and the mesh used in a finite element multiphysics model must be adapted to each problem. An efficient numerical model for controlling the error in the computational domain is necessary while allowing the relaxation or the refinement of the mesh, in order to decrease the computational time and memory.The purpose of this thesis is to show that the adaptation loop of the mesh for solving a multiphysics 3D problem using Comsol Multiphysics in OPTIFORM mesher, based on the error estimation of the physical solution, is more efficient than a conventional remeshing process.The proposed procedure is applied to simulate nano-objects with simple shapes and to nanoantennas for which the confinement of the electromagnetic field is localized on a few nanometers, while the gradient of the temperature is much smoother in the computational domain but leading to nanoscale dilation