Modélisation du transport quantique de la chaleur dans les hétérostructures 2D de « van der Waals » : vers une nouvelle génération de dispositifs pour la nanoélectronique

Quantum transport modeling of heat in 2D « van der Waals » heterostructures : to wards a new generation of nanoelectronics devices

• Auteur / Autrice : Anass Sebbar
• Direction : Marc Bescond, Nicolas Cavassilas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Micro et Nanoélectronique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IM2NP - Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence

Mots clés

Mots clés libres

Transport quantique

Matériaux 2D

Transport de chaleur

Heterostructures de van der Waals

Quantum transport

2D materials

Heat transport

Van der Waals heterostructures

Résumé

La miniaturisation des dispositifs électroniques vers l'échelle nanométrique a entraîné un effet d'auto-échauffement, très préjudiciable à leurs performances et leur consommation. Une gestion thermique efficace à l'échelle nanométrique représente de fait l'un des enjeux scientifiques, technologiques et environnementaux majeurs. Nous avons récemment développé le premier code de transport quantique de phonons basé sur le formalisme des fonctions de Green de hors-équilibre (NEGF), validé expérimentalement. Sur la base de ce code et de calculs ab initio, le/la candidat/e étudiera théoriquement le transport de chaleur dans les hétérostructures de monocouches de dichalcogé nures de métaux de transition. Les propriétés de ces systèmes étant ajustables par le choix des couches et de leurs orientations relatives, ils sont des candidats très prometteurs pour de nombreuses applications en nano/opto-électronique. Les questions concernant le transport des phonons, en par ticulier dans la direction perpendiculaire aux couches, restent des questions ouvertes et promet teuses. L'objectif final de la thèse est de concevoir de nouveaux dispositifs de taille moléculaire ré pondant aux enjeux cruciaux rencontrés dans l'industrie des semiconducteurs en termes d'intégra tion et de dissipation de chaleur. La thèse se fera en étroite collaboration avec Dr. Sebastian Volz et Prof. M. Nomura du LIMMS, IRL CNRS de l'Université de Tokyo.

Electronic device downscaling led to self-heating effect, which is very detrimental for their perfor mances and consumption. Efficient thermal management at the nanoscale then represents one of the major scientific, technological and environmental issues in the energy resource shortage context. We have recently developed the first experimentally validated quantum transport code of phonons expressed in the Non-Equilibrium Green's Function (NEGF) formalism. Based on this code and atomistic ab initio calculations, the PhD candidate will theoretically investi gate the heat transport in heterostructures of transition metal dichalcogenides. The properties of these systems being adjustable by the choice of the layers and their relative orientations, they are omising candidates for various applications in opto/nano-electronics. The student will have to answer open questions about the transport mechanisms of phonons in those systems and develop molecular-sized devices combining electrical and thermal performances. The final objective of the PhD thesis is to design new devices that address the crucial issues faced by the semiconductor industry in terms of integration and heat dissipation. The thesis will be done in close collaboration with Dr. Sebastian Volz and Prof. M. Nomura from the LIMMS, IRL CNRS at the University of Tokyo.