Effets à N corps dans le transport de fluides aux nanoéchelles

Many-body effects in nanoscale fluid transport

• Auteur / Autrice : Nikita Kavokine
• Direction : Lydéric Bocquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière molle et nanosciences
• Date : Soutenance le 30/06/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de l'ENS (Paris ; 2019-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Carlo Sirtori
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lydéric Bocquet, Carlo Sirtori, Elisabeth Charlaix, David Andelman, Thierry Giamarchi, Bo Nils Johan Persson, Francois Peeters
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elisabeth Charlaix, David Andelman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Nanofluidique

Électrolytes

Physique statistique

Théorie des champs

Nanofluidics

Electrolytes

Statistical mechanics

Field theory

Résumé

Cette thèse explore plusieurs phénomènes de transport de fluides aux nanoéchelles qui résultent de corrélations entre les particules. Nous montrons que dans un canal nanométrique, les parois affectent non seulement le mouvement du fluide, mais aussi ses interactions. Ainsi, nous prédisons des corrélations ioniques renforcées dans les électrolytes confinés, avec des conséquences allant du blocage de Coulomb ionique aux effets de mémoire. Nous explorons ensuite les corrélations entre la dynamique de l’eau interfaciale et des électrons de la paroi solide, qui induisent une contribution quantique à la friction hydrodynamique. Enfin, nous présentons le développement d’un dispositif expérimental pour la mesure de flux d’eau dans des canaux bidimensionnels.

This thesis explores several phenomena that arise in nanoscale fluid transport due to inter-particle correlations. We show that in nanoscale channels, the walls affect not only the fluid motion, but also its interactions. As a result, we predict enhanced ionic correlations in confined electrolytes, with consequences ranging from ionic Coulomb blockade to memory effects. We further explore how correlations between interfacial water and electron dynamics in the channel wall result in a quantum contribution to hydrodynamic friction. Finally, we present the development of an experimental setup for measuring water flow through two-dimensional channels.