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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Transport thermoélectrique hors-équilibre dans des conducteurs quantiques

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : FLEURY Genevieve,
e-Mail : genevieve.fleury@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 73 47
Laboratoire : SPEC/GMT

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/03/2018

Résumé :
Etude théorique et numérique du transport thermoélectrique dans des systèmes quantiques mésoscopiques, en présence d'un paramètre extérieur dépendant rapidement du temps, poussant le système dans un régime hors-équilibre

Sujet détaillé :
Les effets thermoélectriques Seebeck et Peltier permettent la conversion d'énergie thermique en énergie électrique et vice-versa. La recherche en thermoélectricité s’est intéressée ces dernières années aux perspectives offertes par la nanostructuration. Des progrès importants ont été réalisés mais ils restent insuffisants au regard des applications ciblées. Un point commun à (presque) tous ces travaux est qu’ils se cantonnent à un régime proche de l’équilibre. Or c’est loin de l’équilibre que les performances thermoélectriques les plus intéressantes sont attendues. Des travaux théoriques récents [1] suggèrent notamment que l’utilisation d’un paramètre extérieur dépendant du temps, empêchant le système d’atteindre son équilibre, devrait avoir des conséquences positives sur le rendement thermoélectrique de nanostructures.

Parallèlement, des expériences innovantes de transport hautes fréquences dans des conducteurs quantiques ont vu le jour dans les laboratoires (notamment au SPEC, dans le groupe Nanoélectronique, où la première source à « lévitons » uniques a été implementée [2]). Ces expériences montrent la faisabilité d’une nouvelle thermoélectricité exploitant la dynamique interne des dispositifs. Elles posent également de nombreuses questions quant aux échanges d’énergie dans ces systèmes hors-équilibre, aux petites échelles spatiales et temporelles.

Nous proposons d'amorcer une étude théorique de la conversion thermoélectrique dépendante du temps dans des conducteurs quantiques. Nous exploiterons les outils numériques et le formalisme analytique récemment développés par nos collaborateurs de l’INAC, CEA Grenoble, pour l’étude du transport électronique résolu en temps [3]. Nous les adapterons au cas du transport thermoélectrique puis les testerons sur un modèle simple déjà résolu analytiquement dans [1]. L'outil développé pourra être utilisé à plus long terme sur divers systèmes (à base de semi-conducteur, graphène, supraconducteur, ...). La démarche adoptée sera également pertinente pour aborder certaines problématiques actuelles de thermodynamique quantique.

Le stage pourra se poursuivre par une thèse (financement "thèse phare du CEA").

REFERENCES
[1] Boosting thermoelectric efficiency using time-dependent control, H. Zhou, J. Thingna, P. Hänggi, J.-S. Wang & B. Li, Scientific Reports 5, 14870 (2015)
[2] Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons, J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau & D. C. Glattli, Nature 502, 659 (2013)
[3] Numerical simulations of time resolved quantum electronics, B. Gaury, J. Weston, M. Santin, M. Houzet, C. Groth & X. Waintal, Physics Reports 534, 1 (2014). See also https://kwant-project.org/
Techniques utilisées au cours du stage :
Formalisme de Landauer-Büttiker, fonctions de Green hors-équilibre

Mots clés : Physique théorique, Physique quantique

Lien vers le laboratoire
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