| Data: |
2025 |
| Resum: |
A mesura que la tecnologia del silici avança cap a components cada cop més petits -on el gruix del canal en transistors moderns ja ronda ∼5 nm per mantenir la trajectòria prevista per la llei de Moore- la gestió tèrmica esdevé un repte crític. A nanoescala, materials 3D com el silici mostren degradació del rendiment per una major dispersió superficial (més àtoms exposats i enllaços penjants). Per seguir miniaturitzant i afegir funcions als xips de silici, els materials bidimensionals (2D) ofereixen una via prometedora. El seu gruix atòmic i la seva anisotropia tèrmica afavoreixen la integració híbrida 3D-2D, amb potencial per a sensat, fotònica i dispositius memristius per a computació neuromòrfica. En aquest treball aportem comprensió fonamental de les propietats dels materials 2D mitjançant un estudi experimental del transport de calor mediat per fonons en dicalcogenurs de metalls de transició (TMDs), centrant-nos en com el gruix i l'entorn afecten les seves conductivitats interfacial i tèrmica. Primer, desenvolupem un sistema de transferència i manipulació amb el qual preparem làmines suspeses de mida rècord fins a monocapa [Capítol 3]. Segon, construïm un muntatge òptic versàtil per explorar el transport tèrmic a nanoescala [Capítols 4 i 5]. Tercer, amb termoreflectància en el domini del temps, mostrem indicis preliminars de transport de calor coherent fora del pla en MoS2 de diversos gruixos i temperatures, discutint possibles efectes de fonons i fotons coherents [Capítols 6 i 7]. Finalment, mitjançant termometria Raman sense contacte, determinem la conductivitat tèrmica intrínseca en el pla de MoSe2 en funció del gruix i observem una major dissipació cap a molècules ambientals en les làmines més primes [Capítol 8]. Aquests resultats reforcen la comprensió fonamental de la dissipació tèrmica en materials de van der Waals i donen suport a la seva integració en tecnologies emergents. |
| Resum: |
A medida que la tecnología del silicio avanza hacia componentes cada vez más pequeños -donde el grosor del canal en transistores modernos ya ronda ∼5 nm para mantener la trayectoria prevista por la ley de Moore- la gestión térmica se vuelve un desafío crítico. A nanoescala, materiales 3D como el silicio muestran degradación del rendimiento por mayor dispersión superficial (más átomos expuestos y enlaces colgantes). Para seguir miniaturizando y añadir funciones a los chips de silicio, los materiales bidimensionales (2D) ofrecen una vía prometedora. Su espesor atómico y su anisotropía térmica favorecen la integración híbrida 3D-2D, con potencial para sensado, fotónica y dispositivos memristivos para computación neuromórfica. En este trabajo aportamos comprensión fundamental de las propiedades de los materiales 2D mediante un estudio experimental del transporte de calor mediado por fonones en dicalcogenuros de metales de transición (TMDs), centrándonos en cómo el espesor y el entorno afectan sus conductividades interfacial y térmica. Primero, desarrollamos un sistema de transferencia y manipulación con el que preparamos láminas suspendidas de tamaño récord hasta monocapa [Capítulo 3]. Segundo, construimos un montaje óptico versátil para explorar el transporte térmico en nanoescala [Capítulos 4 y 5]. Tercero, con termoreflectancia en el dominio del tiempo, mostramos indicios preliminares de transporte de calor coherente fuera del plano en MoS2 de distintos espesores y temperaturas, discutiendo posibles efectos de fonones y fotones coherentes [Capítulos 6 y 7]. Por último, mediante termometría Raman sin contacto, determinamos la conductividad térmica intrínseca en el plano de MoSe2 en función del espesor y observamos mayor disipación hacia moléculas ambientales en las láminas más delgadas [Capítulo 8]. Estos resultados refuerzan la comprensión fundamental de la disipación térmica en materiales de van der Waals y respaldan su integración en tecnologías emergentes. |
| Resum: |
As silicon technology continues its drive toward ever-smaller electronic components -where the channel thickness in modern field-effect transistors is already reduced to ∼5 nm to sustain the trajectory predicted by Moore's law- thermal management emerges as a critical challenge. Conventional three-dimensional materials like silicon suffer performance degradation at the nanoscale, primarily due to enhanced surface scattering from a higher proportion of surface atoms and an increased density of dangling bonds. To sustain miniaturization while adding new functions to silicon chips, two-dimensional (2D) materials offer a compelling path forward. Because they are atomically thin and exhibit anisotropic thermal properties, 2D materials are well suited to hybrid 3D-2D integration, potentially adding sensing, photonic and memristive capabilities for neuromorphic computing in future electronic and optoelectronic platforms. In this work, we contribute to the fundamental understanding of 2D material properties with an experimental investigation of phonon-mediated heat transport in transition metal dichalcogenides (TMDs). We focus on how thickness and environmental conditions influence their interfacial and thermal conductivities. First, we develop a system to transfer and manipulate 2D materials, with which we prepare record-large suspended flakes down to the monolayer thickness [Chapter 3]. Second, we build a versatile optical setup specifically designed to explore thermal transport in nanoscale systems [Chapters 4 and 5]. Third, using our ultrafast timedomain thermoreflectance setup, we present preliminary insights into coherent out-of-plane heat transport in MoS2 flakes with varying thicknesses down to the monolayer and at varying temperatures. We discuss the results in terms of possible effects of coherent phonons and coherent photons [Chapters 6 and 7]. Finally, using non-contact, steady-state Raman thermometry we determine the intrinsic in-plane thermal conductivity of MoSe2 across various thicknesses, and find an enhanced heat dissipation capabilities to environmental molecules for the thinnest flakes [Chapter 8]. Our findings contribute to the fundamental understanding of heat dissipation in van der Waals materials and support their integration into emerging technologies. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Física |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Col·lecció: |
Programa de Doctorat en Física |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Transport de calor ;
Heat transfer ;
Transporte de calor ;
Materials 2D ;
2D materials ;
Materiales 2D ;
Propietats tèrmiques ;
Thermal properties ;
Propiedades térmicas ;
Ciències Experimentals |
visitant ::
identificació
