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Quand les électrons d’un métal transfèrent la chaleur au silicium

When electrons in a metal transfer heat to silicon

Michael de San Féliciano, Christophe Adessi, Julien El Hajj, François Detcheverry et Samy Merabia (équipes MMCI, Energie et Liquides et interfaces), en collaboration avec des collègues de Lyon et Reims, ont publié un article intitulé "First-principles calculations of thermal transport at metal/silicon interfaces: evidence of interfacial electron-phonon coupling" dans la revue Physical Review B. Cet article a été sélectionné comme suggestion de lecture par l'éditeur.
Michael de San Féliciano, Christophe Adessi, Julien El Hajj, François Detcheverry and Samy Merabia (from MMCI, Energy and Liquids and interfaces teams), in collaboration with colleagues from Lyon and Reims, published an article entitled "First-principles calculations of thermal transport at metal/silicon interfaces: evidence of interfacial electron-phonon coupling" dans la revue Physical Review B. This article was highlighted as an Editor’s suggestion.

Les applications haute performance du calcul telles que l’intelligence artificielle génèrent de telles quantités de chaleur qu’il devient indispensable de réguler la température sur des échelles nanométriques. Afin de comprendre et optimiser le transport thermique entre les puces en silicium et les radiateurs métalliques, il est essentiel de comprendre le transfert de chaleur aux interfaces métal-semi-conducteur. Jusqu’à présent, il était admis que le transfert était dominé par des couplages entres les modes de vibration des matériaux (les phonons) et que les électrons du métal jouaient un rôle négligeable.
Grâce à des calculs quantiques, ce travail prédit l’existence d’un couplage électron-phonon aux interfaces métal-silicium, qui peut contribuer de manière significative au transfert de chaleur interfacial. Les auteurs montrent en particulier que l’intensité de ce couplage augmente avec la fréquence de Debye du métal, qui est une mesure de son élasticité. Les résultats de cette étude ouvrent la voie au contrôle des transferts de chaleur interfaciaux par l’intermédiaire d’effets électroniques.
High-performance computing applications, such as artificial intelligence, generate enormous amounts of heat, making thermal regulation at the nanoscale essential. To understand and optimize heat transfer between silicon chips and metallic heat sinks, it is crucial to understand heat transfer at metal-semiconductor interfaces. Until now, it was assumed that heat transfer was dominated by couplings between the vibrational modes of the materials (phonons) and that metal electrons played a negligible role.
Using quantum calculations, this work the existence of electron-phonon coupling at metal-silicon interfaces, which can contribute significantly to interfacial heat transfer. The authors show, in particular, that the strength of this coupling increases with the Debye frequency of the metal, which is a measure of its elasticity. The results of this study pave the way for controlling interfacial heat transfer through electronic effects.

https://ilm.univ-lyon1.fr/images/ILM/communication/Unes/une_2025-10_electrode-Chemin_vignette.png

 

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Comment observer les migrations de charges ?

Clément Guiot du Doignon, Rajarshi Sinha-Roy, Franck Rabilloud et Victor Despré (équipe Physico-chimie théorique) ont publié un article intitulé "Correlation-driven charge migration triggered by infrared multi-photon ionization " dans la revue Chemical Science.

La technologie attoseconde permet d’explorer les dynamiques électroniques à leur échelle de temps caractéristique. Les migrations de charge, dynamiques purement électroniques et ultrarapides, en constituent un exemple marquant, longtemps inaccessibles sans ces outils. Un cas clé est celui des migrations de charge corrélées, qui n’existent qu’en présence de corrélations électroniques et révèlent des effets complexes. Leur étude demeure toutefois un défi majeur, tant sur le plan expérimental que théorique. Les auteurs proposent une approche efficace en identifiant les situations où la TDDFT peut prédire de manière fiable ces dynamiques. Ils montrent qu’elles peuvent être déclenchées sélectivement par l’ionisation de molécules au moyen d’un laser infrarouge intense et suggèrent un schéma expérimental combinant ionisation par champ intense et résolution spatiale offerte par les XFELs.

How to observe charge migrations?

Clément Guiot du Doignon, Rajarshi Sinha-Roy, Franck Rabilloud and Victor Despré (Theoretical Physicochemistry team) published an article entitled "Correlation-driven charge migration triggered by infrared multi-photon ionization " in the journal Chemical Science..

Attosecond technology makes it possible to explore electronic dynamics at their characteristic timescale. Charge migrations, purely electronic and ultrafast dynamics, are a striking example that remained inaccessible without these tools. A key case is that of correlation-driven charge migrations, which exist only in the presence of electronic correlations and reveal complex effects. Their study, however, remains a major challenge, both experimentally and theoretically. The authors propose an efficient approach by identifying the conditions under which TDDFT can reliably predict these dynamics. They demonstrate that such dynamics can be selectively triggered by the ionization of molecules using an intense infrared laser, and suggest an experimental scheme combining strong-field ionization with the spatial resolution offered by XFELs.
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