Contrôle du rayonnement thermique par l’hybridation des modes guidés et de phonons-polaritons de surface : de l’émission en cavité à la diode radiative

Cette thèse explore l'hybridation des modes guidés avec les phonon-polaritons de surface (SPhPs) pour optimiser le rayonnement thermique. Dans une première partie, nous étudions les modes guidés thermiquement excités (TEGMs) apparaissant dans des cavités microstructurées composées de matériaux polaires. À l’aide de simulations basées sur les fluctuations thermodynamiques, nous montrons que les SPhPs dans le SiO₂ peuvent se coupler à la géométrie de la cavité pour former des modes à la fois confinés et rayonnants, redirigeant l’émission thermique dans des directions spécifiques. Ces modes sont mis en évidence par l’analyse du vecteur de Poynting induit par la cavité et par l’identification de signatures spectrales correspondant à la diffraction des SPhPs.Pour valider ces résultats, nous réalisons des mesures d’émissivité infrarouge avec une sphère intégrante. Les échantillons microstructurés recouverts d’une fine couche de SiO₂ présentent un pic d’émissivité entre 8 et 9 µm, en accord avec les simulations, confirmant expérimentalement la présence de TEGMs. Nous analysons l’impact de la géométrie des cavités et des murs sur l’apparition et l’efficacité de ces modes, et montrons qu’ils restent contraints par les lois classiques du rayonnement dans le régime lointain.Dans la seconde partie, nous exploitons le caractère diffractif des TEGMs pour concevoir une diode thermique radiative, un dispositif qui favorise le flux de chaleur dans une seule direction. La diode est constituée d'une multicouche de SiO₂–Si–SiO₂ supportant des TEGMs d’un côté, et d'une double couche Si–SiO₂ de l'autre. Grâce à la mesure 3ω, nous mesurons la conductance radiative dans les deux sens et observons un phénomène de rectification thermique atteignant 80 % à 340 K, avec des conductances largement supérieures à la limite du corps noir dans la zone de Fresnel.