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RÉSUMÉ
Les transferts de chaleur sont soumis à de nombreuses lois fondamentales connues et reconnues depuis bien longtemps. Grâce à l’étude des phénomènes à l’échelle du nanomètre, de nouveaux comportements ont été décelés et sont proposés. Tout d'abord, les lois permettant habituellement la description des échelles caractéristiques que sont la conduction, la convection et le rayonnement sont reprises. Les phénomènes mis en évidence lors de la modélisation des transferts de chaleur à l’échelle nanométrique sont ensuite proposés. Quelques applications, telles que la lithographie assistée thermiquement ou encore le stockage d’informations, viennent illustrer ces propos.
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INTRODUCTION
Les lois fondamentales qui régissent les transferts de chaleur enseignées aux ingénieurs sont connues depuis le dix-neuvième siècle. Depuis quelques années, la capacité à mesurer les phénomènes à l'échelle submicronique a mis en évidence de nouveaux comportements qui ne suivent pas ces lois. Dans ce dossier nous présentons les limites des lois habituellement utilisées pour décrire la conduction, la convection et le rayonnement, nous décrivons les phénomènes observés aux échelles nanométriques et nous présentons certaines des applications.
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Modélisation des transferts de chaleur à l'échelle du nanomètre
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5. Quelques applications
5.1 Lithographie assistée thermiquement
L'une des applications du chauffage thermique est la nanolithographie. Des expériences récentes menées à Berkeley ont montré que l'on peut modifier l'état de surface d'un polymère avec une résolution de l'ordre de 20 nm. La technique est basée sur l'échauffement rapide et très confiné du polymère. Pour cela, on éclaire avec une impulsion laser femtoseconde une pointe qui s'approche du support. La pointe a pour rôle d'exalter le champ électromagnétique de sorte que, à l'aplomb de la pointe, le matériau absorbe une énergie suffisante pour induire une ablation locale de matière.
HAUT DE PAGE5.2 Stockage d'informations
Nous venons de voir que l'on peut créer des échauffements très localisés. Nous avons signalé dans l'introduction (§ 1) que l'évolution du champ de température peut se faire sur des échelles de temps de l'ordre de quelques picosecondes pour des volumes de l'ordre du nanomètre. Il est donc envisageable d'utiliser la thermique pour stocker des informations. En effet, les conditions à remplir sont :
-
pouvoir modifier un support à une échelle de quelques nanomètres ;
-
pouvoir modifier le support suffisamment vite pour atteindre des débits de lecture et d'écriture compétitifs.
Deux groupes de recherche de la société IBM travaillent sur des systèmes basés sur des effets thermiques. Le laboratoire de Zurich a conçu un dispositif nommé Millipede ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHEN (G.) - Nanoscale energy transport and conversion. - Pappalardo series in Mechanical Engineering, Oxford Press, New York (2005).
-
(2) - Microscale and Nanoscale Heat Transfer. - Groupement de Recherche Micro et Nanothermique eds., Topics in Applied Physics, Springer (2006).
-
(3) - JOULAIN (K.), MULET (J.P.), MARQUIER (F.), CARMINATI (R.), GREFFET (J.J.) - Surface electromagnetic waves thermally excited : radiative heat transfer, coherence properties and Casimir forces revisited in the near field. - Surf. Sci. Rep. 57, p. 59-112 (2005).
-
(4) - KARNIK (R.), CASTELLINO (K.), MAJUMDAR (A.) - Field-Effect Control of Protein Transport in Nanofluidic Transistor. - Appl. Phys. Lett. 88, 123114 (2006).
-
(5) - OKKELS (F.), TABELING (P.) - Spatiotemporal Resonances in Mixing of Open Viscous Fluids. - Phys. Rev. Lett. 92 (3), 038301 (2004).
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(6) - LEFÈVRE (S.), VOLZ (S.),...
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