Thermomigration à l’échelle du nanomètre

La thermomigration est un phénomène au cours duquel des particules soumises à un gradient de température migrent de la partie chaude vers la partie froide ou inversement. Bien que très étudié dans les liquides, les gaz et les solides, ce phénomène reste encore peu connu sur des surfaces cristallines. À la surface des solides, il a été montré que la vitesse des objets soumis à un gradient de température est proportionnelle au coefficient de diffusion, au gradient de température et à une chaleur de transport Q*. Si le coefficient de diffusion et le gradient de température sont bien définis et facilement mesurables, l'origine physique de ce coefficient Q* ne sont encore pas bien établis. Dans cette thèse, nous proposons une méthode pour quantifier la thermomigration et relier Q* aux grandeurs physiques fondamentales du système. Utilisant des simulations de dynamique moléculaire, nous étudions la trajectoire d'adatomes et de clusters au cours de leur thermomigration sur des surfaces cristallines. Nous montrons que le mouvement des objets se décompose comme une dérive liée au gradient thermique et une diffusion aléatoire. Afin de décorréler ces deux phénomènes, nous développons et mettons en oeuvre une méthode d'intégration thermodynamique adaptée à des adatomes ou des clusters soumis à des gradients de températures. Nous quantifions la thermomigration en mesurant un potentiel thermodynamique pilotant la probabilité de présence de l'objet sur la surface. Notre étude montre que le potentiel thermodynamique pousse toujours l'objet en surface vers les régions froides. Quantitativement, nous mesurons une grandeur caractéristique de la force effective induite par le gradient thermique, que nous avons pu relier à la chaleur de transport Q*. Pour ce faire, nous développons un modèle cinétique unidimensionnel de la thermomigration. Par ailleurs nous montrons que la chaleur de transport Q* correspond à la somme de l'énergie interne de l'objet et de son énergie d'interaction avec le substrat.