Un transistor thermique quantique

Le 20ème siècle a vu le développement de l’électronique grâce à l’invention de deux composants : la diode et le transistor. Depuis le début du 21ème siècle, la limitation des ressources énergétiques et la contrainte du réchauffement climatique ont fait de la gestion et de la récupération de la chaleur un enjeu majeur. Ce défi pourrait être facilement réalisé s’il existait l’équivalent thermique de la diode et du transistor électronique. Divers travaux ont récemment essayé de concevoir et de réaliser de tels composants.

C’est dans ce contexte qu’a été réalisé à l’institut P’ la conception théorique d’un tel transistor thermique à partir d’objets quantiques les plus élémentaires que sont les systèmes à deux niveaux. De tels systèmes à deux niveaux sont par exemple des boites quantiques.

Le transistor thermique proposé est un dispositif constitué de 3 systèmes à deux niveaux en interaction, chacun des systèmes à deux niveaux étant couplés à un réservoir thermique. Nous avons montré qu’un courant thermique imposé à l’une des entrées du dispositif (la base) pouvait contrôler et moduler les courants aux deux autres entrées (le collecteur et l’émetteur) jusqu’à pouvoir les éteindre comme un interrupteur. De plus, le courant thermique imposé à la base peut générer des courants importants à l’émetteur et au collecteur faisait ainsi du dispositif proposé un amplificateur de courants thermiques. Ces propriétés (modulation, interrupteur et amplification) font de ce dispositif un transistor thermique. Un tel transistor thermique pourrait en principe être réaliser à partir de trois boites quantiques immergés dans trois nanoparticules et dont les températures pourraient être contrôlés électriquement par effet joule.

Article dans Physcial Review Letters

Article sur le site Arxiv.org

Sur le site de vulgarisation phys.org

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