Au sein du réseau européen C-MAC, une équipe multi-partenaire, dont des membres du SIMaP font partie, a mesuré pour la première fois la durée de vie de phonons dans une clathrate, matériau thermoélectrique réputé pour sa très faible conductivité thermique « glass-like ». Le libre parcours moyen mesuré est étonnamment grand, de 10 à 100 nanomètres, comparé au libre parcours moyen faible (0.5 nm) généralement associé au faible conductivité thermique de ce type. L’étude a également démontré une importante réduction du nombre de phonons qui transportent effectivement la chaleur. Ces résultats challengent les théories courantes et ouvrent la voie vers une meilleure compréhension des mécanismes de transport de la chaleur dans les matériaux complexes.

 

L’arrière-plan représente la structure périodique de la clathrate, avec une cellule unité (carré blanc à gauche) avec un paramètre de 1 nm.
Les atomes de Ba, en rouge, sont enfermés dans des cages constitués par les atomes de Ge et de Au. Les courbes colorées sont les mesures
de la diffusion inélastique des neutrons dont la relation de dispersion et la durée de vie des phonons sont extraites. La courbe sinusoïdale à
amplitude décroissante représente la propagation du phonon et son temps de décomposition (ou durée de vue) pour un phonon de longueur
d’onde égale à 2 nm.

 

Direct measurement of individual phonon lifetimes in the clathrate compound Ba7.81Ge40.67Au5.33,
P.-F. Lory, S. Pailhès et al., Nature Communications, 8: 491, 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-00584-7
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00584-7

Surprenante contradiction entre faible conductivité thermique des cristaux et longs temps de vie des phonons