Transport de chaleur et nanostructures de matériaux à changement de phase amorphe/cristal – TACOS

Le projet TACOS vise à quantifier les propriétés thermiques (conductivités et conductances d’interface) de nanofilms de matériaux à changement de phase amorphe/cristal. Pour cela, des modélisations atomistiques s’appuyant sur le machine-learning et des mesures avec une méthode adaptée aux matériaux faibles conducteurs thermiques seront menées en parallèle. Les études porteront principalement sur le Ge2Sb2Te5 et le Sb2S3, deux matériaux à changement de phase utilisés pour le neuromorphique et les dispositifs photoniques. Les nanofilms d’épaisseurs inférieures ou égales à 200 nm seront réalisés grâce aux moyens technologiques de la plateforme de nanofabrication de l’INL. Leurs propriétés thermiques seront déterminées par radiométrie photothermique à l’ITheMM. Côté modélisations, menées à Strasbourg (ICube et IPCMS), la dynamique moléculaire ab initio, basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), servira de base pour la construction de potentiels interatomiques machine learning (MLIP). L’utilisation de ces MLIP permettra d’étudier des systèmes contenant des centaines de milliers d’atomes avec la prédictivité de l’ab initio. Les conductivités thermiques et conductances d’interface seront calculées en simulant des transitoires de chaleur, selon la méthode AEMD (Approach-to-Equilibrium Molecular Dynamics). Il sera ainsi possible d’étendre les calculs atomistiques à des épaisseurs allant jusqu’à environ 100 nm, et de faire se rencontrer les mesures et les calculs pour consolider l’existence d’effets nanométriques dans les propriétés thermiques des matériaux à changement de phase, et les quantifier. Ces quantités seront ensuite utilisées pour optimiser le fonctionnement thermique de dispositifs photoniques reconfigurables en développement à l’INL, et permettre d’acheminer ou évacuer efficacement la chaleur pendant la commutation amorphe/cristal et inverse.