CDD Doctorat Dynamique Couplée des Électrons et des Phonons pour des Applications Thermoélectriques Potentielles Effets de Bain de Phonons Externes H/F CNRS

Détail du poste

Ce projet de thèse vise à ouvrir de nouvelles voies pour améliorer l'efficacité thermoélectrique des matériaux, en étudiant théoriquement et numériquement, l'effet de « Phonon Drag », lequel résulte du transfert du moment entre les populations de phonons et des électrons hors équilibre, ce qui provoque une forte augmentation des coefficients Seebeck et Peltier dans certains matériaux thermoélectriques à basse température. Le concept que nous souhaitons explorer est l'utilisation d'un substrat comme bain de phonons externe pour fournir des phonons supplémentaires hors équilibre, afin d'intensifier l'effet de Phonon Drag et de le déplacer vers des températures plus élevées. Pour cela, nous visons à développer une approche numérique qui permettrait de décrire le transport couplé des électrons et des phonons à l'interface entre un système conducteur et un bain de phonons externe, avec une attention particulière portée à l'effet de Phonon Drag. En parallèle, l'effet de Phonon Drag sera étudié expérimentalement par nos partenaires.

Dans ce projet théorique, notre objectif est de décrire la dynamique couplée des électrons et des phonons via une approche basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et sur la résolution des équations de transport de Boltzmann (BTE) couplées pour les électrons et les phonons qui a été récemment développée dans notre équipe et de l'étendre en incluant l'effet de l'interface et du substrat [1]. Ces dernières années, des approches computationnelles qui couplent la description basée sur la DFT des taux de diffusion électron-phonon et phonon-phonon avec la BTE nous ont permis d'obtenir les caractéristiques de transport électronique et thermique de nombreux semiconducteurs 3D et 2D en excellent accord avec les expériences [1,2]. Les progrès dans la description basée sur la DFT de l'interaction électron-phonon ont également permis de décrire la dynamique de relaxation hors équilibre des électrons chauds ou photoexcités dans plusieurs matériaux, en très bon accord avec les expériences de spectroscopie résolue dans le temps [3,4].

Ce projet de thèse théorique et numérique fait partie de l'ANR DragHunt (financement par l'Agence Nationale de la Recherche), une collaboration avec des expérimentateurs et avec d'autres équipes de théoriciens fait partie du projet.

[1] R. Sen, N. Vast, J. Sjakste, Phys. Rev. B 108, L060301 (2023).
[2] J. Sjakste, M. Markov, R. Sen, G. Fugallo, L. Paulatto, N. Vast, Nano Ex. 5 035018 (2024).
[3] Chen, Sjakste et al, PNAS 117, 21962-21967 (2020).
[4] H. Tanimura, J. Kanasaki, K. Tanimura, J. Sjakste, and N. Vast, Phys. Rev. B 100, 035201 (2019).

Contexte de travail
Le Laboratoire des Solides Irradiés (LSI) conduit des activités de recherche fondamentale de physique et physico-chimie des matériaux. Il étudie les propriétés fondamentales de l'état solide et ses interactions avec le rayonnement électronique, ionique et photonique. L'équipe « Théorie de la Science des Matériaux » conduit des recherches selon les axes :
1) Matériaux et énergie : transports électronique et thermique, et leur couplage
2) Conception de nouveaux matériaux : stabilité, défauts, surfaces & interfaces

Ce projet de thèse théorique et numérique fait partie de l'ANR DragHunt (financement par l'Agence Nationale de la Recherche), collaboration avec des expérimentateurs (ILM, Lyon) et avec d'autres équipes de théoriciens (C2N et SATIE) fait partie du projet. Le doctorant aura l'accès aux ressources HPC de l'équipe, au niveau local (cluster de calcul) et national (GENCI).

Contraintes et risques
Pas de risque particulier, travail sur ordinateur, calcul HPC et développement de code.