Une pile de fines lamelles de différents matériaux repose sur une table. Si on la chauffe par le dessous, la chaleur monte, mais se propage-t-elle aussi rapidement sur les côtés ? Dans les semi-conducteurs en couches, la réponse est non : le long des couches, la chaleur circule plus vite qu'à travers. C'est comme l'eau dans une pile de feuilles de papier : elle s'étale facilement le long des feuilles, mais traverse la pile avec difficulté.
Mesurer précisément les deux directions du flux thermique est un défi. Les méthodes conventionnelles voient bien le mouvement transversal de la chaleur, mais sont presque aveugles au mouvement longitudinal. Les chercheurs ont proposé une nouvelle approche : ils dirigent deux faisceaux laser sur l'échantillon — l'un chauffe, l'autre mesure la température — et ils écartent ces faisceaux à différentes distances. En analysant comment l'amplitude et la phase de la réponse thermique varient avec ces décalages, on peut calculer les deux conductivités thermiques.
Pour traiter les données, ils ont utilisé un algorithme intelligent qui cherche automatiquement la meilleure correspondance entre le modèle et l'expérience. Sur un échantillon composé de couches alternées d'arséniure d'aluminium et d'arséniure de gallium (épaisseur de période 52 nm), ils ont obtenu : à travers les couches — 14,7 W/(m·K), le long — 37,4 W/(m·K). La différence de 2,5 fois montre à quel point l'anisotropie influence les échanges thermiques. Cette méthode sera utile pour développer de nouveaux thermoélectriques et pour le refroidissement des micropuces.
La différence de conductivité thermique le long et à travers les couches du matériau étudié est plus grande que celle du bois : dans le pin, la chaleur se propage environ 2 fois plus vite le long des fibres qu'à travers.