Nouvel article du SUNLAB: Nano Letters
Une initiative multidisciplinaire entre le SUNLAB, le Krich Lab et le Micro and Nano Systems Lab de l'Université d'Ottawa, Princeton University et Polytechnique Montréal a mené à une article récent dans Nano Letters, dont le premier auteur est le candidat au doctorat Mathieu Giroux. Ce manuscrit démontre le potentiel d'utilisation d'un résonateur nanomécanique au nitrure de silicium (SiN) comme élément de détection pour étudier le transfert de chaleur radiatif en champ proche.
Le transfert de chaleur radiatif en champ proche a démontré un grand potentiel théorique pour des applications telles que la conversion d'énergie et le contrôle du transfert de chaleur. Le transfert de chaleur radiatif en champ proche consiste en un couplage évanescent entre deux corps à des distances inférieures à la longueur d'onde, augmentant le transfert de chaleur radiatif au-delà des lois conventionnelles du rayonnement thermique. Malgré un grand nombre de travaux théoriques prometteurs, les progrès expérimentaux sur le sujet sont relativement rares en raison des difficultés liées à la précision de l'alignement à haute température. Les mesures de transfert de chaleur radiatif en champ proche reposent souvent sur des microdispositifs personnalisés qui peuvent être difficiles à reproduire après leur démonstration initiale. Cette étude explore le transfert de chaleur radiatif en champ proche en utilisant des résonateurs nanomécaniques à membrane SiN, un substrat largement disponible utilisé dans des applications telles que la microscopie électronique et l'optomécanique et sur lequel d'autres matériaux peuvent facilement être déposés.
Grâce à un système de positionnement à 5 axes de haute précision, un échantillon sphérique chauffé a été aligné à un résonateur SiN, ce qui a permis de mesurer le transfert de chaleur radiatif jusqu'à une distance minimale de 180 nm. Le transfert de chaleur radiatif en champ proche est mesuré en suivant la fréquence de résonance mécanique de la membrane, très sensible à la température, lorsque la distance entre les deux surfaces diminue. La comparaison avec le modèle théorique montre qu'à une distance de 180 nm, le transfert de chaleur est fortement dominé par les résonances de polariton de surface sur une surface comparable aux expériences de surfaces parallèes utilisant des dispositifs microfabriqués personnalisés. Il en résulte un transfert de chaleur radiatif quasi-monochromatique, souhaitable dans la plupart des applications de transfert de chaleur radiatif en champ proche.
On s'attend à ce que la reproductibilité et la flexibilité de cette plateforme facilitent l'étude de nouveaux matériaux pour le transfert de chaleur radiatif en champ proche , tels que le graphène, les métaux en couches minces, les matériaux absorbants, les matériaux hyperboliques et les métamatériaux. Ces matériaux peuvent tous être facilement déposés sur des membranes en SiN. Le fait que les résonateurs nanomécaniques soient sensibles à la fois à la force et à la température offre également la possibilité d'étudier les corrections thermiques de l'effet Casimir.
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M. Giroux, M. Stephan, M. Brazeau, S. Molesky, A. W. Rodriguez, J. J. Krich, K. Hinzer, et R. St-Gelais, Measurement of near-field radiative heat transfer at deep sub-wavelength distances using nanomechanical resonators, Nano Lett. 23 (18), 8490-8497 (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02049