TACOS - Thermal transport in amorphous/crystalline nanostructures

Les matériaux à changement de phase à base de chalcogénures (PCMs) appartiennent à la classe des matériaux qui passent rapidement de la phase amorphe (a) à la phase cristalline (c) lors du chauffage, permettant une transition rapide et réversible entre les états thermiques, électriques ou optiques. Les PCMs possèdent un caractère non-volatil, permettant de stocker des informations dépendant de leur phase : état amorphe (a) ⇒ 0, cristallin (c) ⇒ 1 ou intermédiaire (i) ⇒ [0: 1] lorsque le matériau est constitué de grains d'une phase dans l'autre. Les applications prometteuses des films PCMs incluent l'informatique neuro-inspirée [Wan21] et la nanophotonique reconfigurable [Wut17, Mik22]. Les futurs dispositifs intégrés devront s'appuyer sur un ajustement local précis des phases a/c via des micro-sources de chaleur. Pour contrôler parfaitement cette transition dans ces dispositifs, il est nécessaire de bien connaître les propriétés thermiques des matériaux, qui diffèrent de celles en volume lorsqu’ils ont des tailles nanométriques.

Dans ce contexte, la thèse s’inscrit dans le cadre ambitieux du projet ANR TACOS, qui fédère quatre partenaires : l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) qui fabrique les dispositifs à base de matériaux à changement de phase, l’Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux, (ITheMM) qui effectue les caractérisations thermiques des matériaux et deux laboratoires de Strasbourg, ICUBE et IPCMS, spécialistes de la modélisation du comportement de la matière à l’échelle nanométrique.

La thèse aura pour objectif d'étudier les propriétés thermiques des matériaux à changement de phase (PCMs). Deux chalcogénures seront au centre de l'étude : Ge₂Sb₂Te₅ (GST), un PCM largement étudié, et Sb₂S₃, qui montre un grand potentiel, notamment en nanophotonique. Les mesures des conductivités thermiques, des capacités thermiques et des conductances thermiques aux interfaces (TBCs) dans les différentes phases sont visées. Des films minces de phases cristallines et amorphes jusqu'à 100 nm d'épaisseur seront étudiés par des mesures de radiométrie photothermique (PTR) [Ham2019, Hor2016]. Les propriétés thermiques mesurées permettront de concevoir et d'optimiser des dispositifs basés sur des films PCM et d'améliorer leur efficacité énergétique.

Références:

[Ham2019] Hamaoui, G., Horny, N., Gomez-Heredia, C. L., Ramirez-Rincon, J. A., Ordonez-Miranda, J., Champeaux, C., ... & Chirtoc, M. (2019). Thermophysical characterisation of VO2 thin films hysteresis and its application in thermal rectification. Scientific reports, 9(1), 1-10. 10.1038/s41598-019-45436-0

[Hor2016] Horny, N., Chirtoc, M., Fleming, A., Hamaoui, G., & Ban, H. (2016). Kapitza thermal resistance studied by high-frequency photothermal radiometry. Applied Physics Letters, 109(3).

[Mik22] "Space and Time Modulations of Light with Metasurfaces: Recent Progress and Future Prospects" E. Mikheeva, C. Kyrou, F. Bentata, S. Khadir, S. Cueff and P. Genevet, ACS Photonics 9, 1458 (2022) DOI HAL

[Wan21] “Phase Change Random Access Memory for Neuro-Inspired Computing”, Q. Wang, G. Niu, W. Ren et al., Adv. Electron. Mater. 7, 2001241 (2021) DOI

[Wut17] “Phase-change materials for non-volatile photonic applications”, M. Wuttig, H. Bhaskaran, T. Taubner, Nature Photon. 11, 465 (2017) DOI

http://https://www.univ-reims.fr/

• Être titulaire d'un Master (ou équivalent) en thermique, optique, physique appliquée.

• Avoir un goût pour les aspects expérimentaux,

• Être organisé, autonome, rigoureux et aimer le travail dans une équipe pluri-disciplinaire.

• Être force de proposition.

• Savoir rédiger des rapports et des articles scientifiques, notamment en anglais.

• Aimer encadrer des étudiants en L3, M1, M2