Manipulation et amplification du transfert d'énergie et d'impulsion à l'échelle nano- et micrométrique : effets multi-corps en présence de métamatériaux topologiques et applications aux technologies quantiques // Manipulation and amplification of energy a

Depuis les travaux de Polder, van Hove, Casimir et Lifshitz, il est établi qu'à des distances micrométriques (régime de champ proche), le transfert radiatif de chaleur entre deux objets peut être fortement amplifié. Une force d'attraction, due aux fluctuations du vide quantique, apparaît également.

Le transfert d'énergie repose sur le « tunneling » des modes évanescents, tels que les plasmons et phonons polaritons de surface, ouvrant des perspectives en :

- conversion d'énergie en champ proche,
- stockage de données,
- gestion thermique active à l'échelle nanométrique (transistors, redresseurs, mémoires thermiques).

Le transfert d'impulsion induit une attraction ou une répulsion entre les objets, sous l'effet du vide quantique du champ électromagnétique. Une force purement quantique (Force de Casimir-Lifshitz) agit pour minimiser l'énergie totale du système. À l'échelle nanométrique, ces transferts jouent un rôle clé dans les technologies quantiques. Leur maîtrise permet la création de capteurs ultra-sensibles et améliore la compréhension des mécanismes de dissipation thermique, essentiels aux machines quantiques.

Le doctorand étudiera le transfert radiatif d'énergie et d'impulsion (force de Casimir) entre objets mésoscopiques ou élémentaires (nanoparticules, atomes, etc.) placés près d'un matériau nanostructuré (réseau de diffraction ou métasurface). Ces structures intègrent des matériaux topologiques quantiques et hyperboliques. L'objectif est de développer des métamatériaux optimisant l'interaction entre modes et résonances internes des particules, pour amplifier le transfert d'énergie et d'impulsion à grande distance.

Les résultats auront des applications directes en gestion de l'énergie et dans les dispositifs thermophotovoltaïques. Le contrôle précis des échanges énergétiques et impulsionnels est essentiel pour concevoir des capteurs quantiques de haute précision et améliorer les performances des machines quantiques.
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Since the pioneering works of Polder, van Hove, Casimir, and Lifshitz, it has been established that at micrometric distances (near-field regime), the radiative heat transfer between two objects can be significantly enhanced. An attractive force, due to quantum vacuum fluctuations, also emerges.

Energy transfer relies on the 'tunneling' of evanescent modes, such as surface plasmon polaritons and surface phonon polaritons, opening up new prospects in:

- near-field energy conversion,
- data storage,
- active thermal management at the nanometric scale (transistors, rectifiers, thermal memories).

Momentum transfer induces attraction or repulsion between objects due to the quantum vacuum of the electromagnetic field. A purely quantum force (Casimir-Lifshitz force) acts to minimize the system's total energy. At the nanometric scale, these transfers play a key role in quantum technologies. Their precise control enables the creation of ultra-sensitive sensors and improves the understanding of thermal dissipation mechanisms, which are essential for quantum machines.

The PhD candidate will study radiative energy and momentum transfer (Casimir force) between mesoscopic or elementary objects (nanoparticles, atoms, etc.) placed near a nanostructured material (diffraction grating or metasurface). These structures incorporate quantum topological and hyperbolic materials. The objective is to develop metamaterials that optimize the interaction between modes and internal resonances of the particles, significantly enhancing long-range energy and momentum transfer.

The results will have direct applications in energy management and thermophotovoltaic devices. Precise control of energy and momentum exchanges is crucial for designing highly precise quantum sensors and improving the performance of quantum machines.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://sites.google.com/site/mauroantezza/home

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Le candidat devra posséder de très bonnes compétences en physique générale et tout particulièrement en électromagnétisme et en mécanique quantique. Une connaissance de base en matière de simulations numérique est souhaitée.
The candidate must have strong skills in general physics, particularly in electromagnetism and quantum mechanics. Basic knowledge of numerical simulations is desired.