Offre de thèse
Modélisation multi-échelles haut débit de la conductivité thermique
Date limite de candidature
15-06-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
CHAPUT Laurent
Encadrement
Directeur de thèse : CHAPUT Laurent - LEMTA - Professeur Université de Lorraine - laurent.chaput@univ-lorraine.fr Co-directeur de thèse : PASCALE Fabien - LEMTA - Ingénieur de Recherche - fabien.pascale@univ-lorraine.fr
Type de contrat
école doctorale
équipe
Groupe Energie et Transfertscontexte
Ces études seront réalisées dans l'équipe TEMIN du LEMTAspécialité
Énergie et Mécaniquelaboratoire
LEMTA – Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquée
Mots clés
calculs ab initio, conductivité thermique, Monte Carlo
Détail de l'offre
Depuis quelques années, il est possible de réaliser une modélisation multi-échelles ab initio de la conductivité thermique des semi-conducteurs et des isolants. L'idée de base est d'effectuer des calculs ab initio des propriétés physiques [1], puis de transférer ces propriétés à l'échelle méso et macro pour étudier le transport de chaleur dans des dispositifs nanostructurés[2].
À l'échelle du dispositif, les équations de transport sont résolues à l'aide d'une méthode de Monte Carlo pour inclure les effets des conditions aux limites et étudier la dépendance de la conductivité thermique sur la taille et la forme de la nanostructure. Pour effectuer de tels calculs, les propriétés des matériaux sont nécessaires, et celles-ci sont obtenues grâce à des calculs de ab initio, dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT).
L'objectif du présent projet est de rendre la procédure mentionnée ci-dessus entièrement automatique et de l'utiliser pour effectuer des calculs à haut débit et une optimisation du transport thermique dans les dispositifs basée sur l'IA.
Pour atteindre cet objectif, dans la première partie du projet le solveur Monte Carlo sera amélioré, une étape qui inclut sa parallélisation. La deuxième partie du projet se concentrera sur les calculs DFT des propriétés des matériaux. Une base de données d'entrées pour le solveur Monte Carlo sera construite et cette base de données sera ensuite utilisée pour optimiser le transfert de chaleur dans des dispositifs simples sélectionnés.
[1] Distributions of phonon lifetimes in Brillouin zones
A. Togo, L. Chaput, and I. Tanaka
Phys. Rev. B 91, 094306 (2015)
[2] Ab initio based calculations of the thermal conductivity at the micron scale
L. Chaput, J. Larroque, P. Dollfus, J. Saint-Martin, D. Lacroix
Appl. Phys. Lett. 112, 033104 (2018)
Keywords
ab initio calculation, thermal conductivity, Monte Carlo
Subject details
Since the last few years, it is possible to perform multi-scale ab initio computations of the lattice thermal conductivity of semiconductors and insulators. The basic idea is to perform quantum mechanical computations of the physical properties [1] at the atomic scale, and then transfer those properties at the meso and macro scale to study heat transport in an actual device [2]. At the device scale, the transport equations are solved using a Monte Carlo method to include the effects of boundary conditions and to study the dependence of thermal conductivity on device size and shape. To perform such calculations, materials properties are needed, and those are obtained through quantum mechanical calculations, within the framework of density functional theory (DFT). The goal of the present project is to make the above-mentioned procedure fully automatic, and to use it to perform high-throughput computations and AI-based optimization of thermal transport in devices. To achieve this goal, in the first part of the project the Monte Carlo solver will be improved, a step which include its parallelization. The second part of the project will focus on DFT calculations of materials properties. A database of inputs for the Monte Carlo solver will be constructed and this database will then be used to optimize heat transfer in selected simple devices. [1] Distributions of phonon lifetimes in Brillouin zones A. Togo, L. Chaput, and I. Tanaka Phys. Rev. B 91, 094306 (2015) [2] Ab initio based calculations of the thermal conductivity at the micron scale L. Chaput, J. Larroque, P. Dollfus, J. Saint-Martin, D. Lacroix Appl. Phys. Lett. 112, 033104 (2018)
Profil du candidat
Compte tenu des défis ci-dessus, le candidat recruté doit avoir une solide expérience en physique du solide et en calcul numérique.
Pour toute thèse proposée au sein de l'Ecole Doctorale, le futur doctorant devra bien être titulaire d'un master (diplôme de master ou d'ingénieur français ou étranger, …) avec au moins une mention AB.
Dans tous les cas (diplôme de master ou d'ingénieur français ou étranger, …) le dossier doit comporter :
• le CV du candidat et lettre de motivation
• les notes obtenues au diplôme conférant le grade de master, mention 'Assez Bien' requise au minimum et copie du diplôme s'il est disponible
• 2 lettres de recommandations émanant du Responsable de la filière de formation et du tuteur de stage de fin d'études si possible
• des éléments tangibles sur l'initiation à la recherche (mémoire de recherche, publication, ...).
Le dossier complet de candidature doit être envoyé à la direction de thèse par les adresses messageries des directeurs de thèses : laurent.chaput@univ-lorraine.fr
Candidate profile
Considering the above challenges, the recruited candidate should have strong background in solid state physics and numerical computing.
All applicants to the Doctoral School SIMPPÉ must have successfully completed a Master degree or its equivalent with a grade comparable to or better than the French grade AB (corresponding roughly to the upper half of a graduating class). In all cases (French or foreign Master degree, engineering degree, etc.) the counsel of the doctoral school will examine the candidate's dossier, which must include:
• CV and letter of motivation
• the grades obtained for the Master (or equivalent) degree and a copy of the diploma if it is available
• 2 letters of recommendation, preferably from the director of the Master program and the supervisor of the candidate's research project if possible
• written material (publications, Master thesis or report, etc.) related to the candidate's research project.
The complete application file must be sent to the thesis supervisors by email : laurent.chaput@univ-lorraine.fr
Référence biblio
[1] Distributions of phonon lifetimes in Brillouin zones
A. Togo, L. Chaput, and I. Tanaka
Phys. Rev. B 91, 094306 (2015)
[2] Ab initio based calculations of the thermal conductivity at the micron scale
L. Chaput, J. Larroque, P. Dollfus, J. Saint-Martin, D. Lacroix
Appl. Phys. Lett. 112, 033104 (2018)