Nano-imagerie de flot de chaleur non-diffusif

Nano-imaging of non-fourier heat flow

• Auteur / Autrice : Louis Grandvaux
• Direction : Dimitri Roditchev
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et d'Etude des matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

Mots clés

Mots clés libres

Phonons

Squid

Imagerie

Phonons

Squid

Imaging

Résumé

Le but de ce projet est d'étudier un comportement intriguant du flux de phonons qui apparaît lorsque les phonons interagissent fortement entre eux et se comportent comme un fluide visqueux. Ce régime de transport n'est ni diffusif ni balistique, et est appelé régime hydrodynamique. Pour l'étudier, nous construirons une sonde pour mesurer localement la température à la surface des solides. Elle fonctionnera dans un environnement cryogénique (~100mK-10 K) afin d'observer ce phénomène qui apparaît habituellement autour de 1-10 K. Cette sonde est un dispositif supraconducteur à interférence quantique (SQUID) déposé à l'extrémité d'une fine pointe et s'est déjà révélée être l'un des thermomètres les plus sensibles à ces températures. En faisant naviguer cette pointe au-dessus d'une surface, on reconstruit les profils de température et accède aux sources locales de dissipation. Une signature clé de ce régime est l'émergence d'un flux de Poiseuille qui crée un profil de température parabolique dans la direction perpendiculaire au flux de chaleur. Le SQUID-on-tip (SOT) est l'outil parfait pour étudier ce profil de température parabolique.

The aim of this project is to study an intriguing behaviour of the phonon flow which appears when phonons interact strongly between each other and behave like a viscous fluid. This regime of transport is neither diffusive nor ballistic, and is often referred to as the hydrodynamic regime. To study it, we will build an accurate probe to measure locally the temperature at the surface of solids. This probe will work in a cryogenic environment (from a few tens of milliKelvin to a few tens of Kelvin) so as to be able to observe this phenomenon which usually appears around 1-10 K. This probe is a superconducting quantum interference device (SQUID) deposited at the end of a sharp tip and has already proven to be one of the most sensitive thermometers in a cryogenic environment. By navigating this tip above a surface, one can reconstruct spatial temperature profiles and gain access to local sources of dissipation. One key signature of this hydrodynamic regime is the emergence of a Poiseuille phonon flow, which will create a parabolic temperature profile in the directionperpendicular to the heat flow. The SQUID-on-tip (SOT) is the perfect tool to study this parabolic temperature profile.