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Attiré par les aimants supraconducteurs


Lorsqu’une personne se glisse dans un appareil d’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour obtenir des images internes détaillées de son corps, elle se trouve au milieu d’un gigantesque, puissant, supraconducteur aimant.

Lévitation à base de supraconducteur. Crédit image : Trevor Prentice via FlickrCC BY-SA 2.0

Les appareils IRM, incroyablement précieux pour diagnostiquer les blessures et les maladies, ne sont possibles que grâce à des décennies de recherche fondamentale sur ces aimants supraconducteurs. Aujourd’hui, cependant, il existe encore d’innombrables supraconducteurs exotiques que les scientifiques ne comprennent pas entièrement mais qui pourraient avoir des applications technologiques.

James Analytis, Ph.D., titulaire de la chaire Charles Kittel en physique de la matière condensée à Berkeley, veut révéler les détails atomiques de ces types de matériaux. Son travail pourrait, un jour, conduire à de nouveaux types d’appareils d’IRM, voire à des superordinateurs qui codent les données de manière entièrement nouvelle.

« Ce qui relie mes recherches, c’est que tout commence par cette question très fondamentale de savoir comment fonctionnent ces nouveaux supraconducteurs étranges », déclare Analytis, un 2021 Membre de la faculté Heising-Simons. « Une fois que nous comprenons cela, nous pouvons optimiser et manipuler ces supraconducteurs pour créer de nouveaux dispositifs. L’objectif technologique ultime est d’essayer d’avoir un supraconducteur qui fonctionne à température ambiante et qui puisse fabriquer des fils fins.

Les fils supraconducteurs pourraient se traduire par de petits scanners IRM accessibles dans le monde entier, ou par un réseau électrique beaucoup plus rapide et plus efficace, entre autres applications.

Une façon d’expliquer le monde

Analytis, qui a grandi en Nouvelle-Zélande, a toujours eu une profonde curiosité pour le monde qui l’entoure. Au collège de l’Université de Canterbury, il s’est essayé à la physique, aux mathématiques et à la philosophie – tous les domaines qui, selon lui, offraient des façons élégantes de décrire la nature au niveau le plus simple. Mais il voulait aussi avoir un impact. Avec la physique, pensait-il, il serait capable à la fois de comprendre comment le monde fonctionnait et d’appliquer ses découvertes au développement de nouvelles technologies.

En tant que boursier Rhodes à l’Université d’Oxford, Analytis a réduit ses intérêts pour se concentrer sur les supraconducteurs. Ces matériaux peuvent conduire l’électricité sans perte d’énergie, permettant aux courants électriques de persister indéfiniment et de générer de puissants champs magnétiques. Cependant, les supraconducteurs existants ne peuvent atteindre ces propriétés qu’à des températures extrêmement froides, du moins à des pressions normales.

« Ce qui m’attirait dans ce domaine, c’est qu’il faut être un touche-à-tout pour s’attaquer aux supraconducteurs », déclare Analytis. « Vous devez comprendre la thermodynamique et les constituants fondamentaux de la nature, et comment les particules interagissent. Mais vous pouvez également sonder ces matériaux avec des expériences de table accessibles dans votre propre laboratoire.

Analytis, cependant, n’était pas tout à fait sûr de vouloir créer son propre laboratoire. Il a fallu deux bourses – d’abord à l’Université de Bristol au Royaume-Uni, puis à Stanford – pour le rendre accro au sentiment de communauté que les laboratoires universitaires pouvaient transmettre.

« J’ai soudainement eu l’impression de faire partie de quelque chose, cette communauté dynamique de personnes travaillant ensemble pour répondre à des questions vraiment profondes et fondamentales sur le monde », dit-il. « Et donc l’une des raisons pour lesquelles j’ai décidé de créer mon propre laboratoire était que je voulais propager cet enthousiasme ; Je voulais que mes élèves ressentent cette excitation que je ressentais.

Plus que des appareils IRM

Lorsqu’un matériau supraconducteur est torsadé dans une bobine, comme c’est le cas avec un appareil IRM, il crée un champ magnétique puissant. Dans le cas d’une IRM du corps d’une personne, la machine détecte la rapidité avec laquelle les protons du corps s’alignent avec le champ magnétique, en utilisant cette information pour différencier les types de tissus. Mais le même magnétisme supraconducteur est utile dans d’autres technologies, notamment l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN), les accélérateurs de particules et les trains à grande vitesse qui lévitent au-dessus des voies, réduisant ainsi la friction.

Dans toutes ces applications, la puissance de la supraconductivité provient des spins des électrons, c’est-à-dire de la façon dont chaque électron tourne autour de son axe. L’un des principaux objectifs du laboratoire d’Analytis est de révéler comment les spins des électrons interagissent les uns avec les autres, comment tirer parti des spins pour stocker des données et comment manipuler les spins pour créer de nouveaux types de supraconducteurs qui peuvent fonctionner plus près de la température ambiante.

En 2020, Analytis et ses collègues ont développé un matériau connu sous le nom de dichalcogénure de métal de transition intercalé Fe1/3NbS2. L’équipe a montré que l’application de petits courants électriques au matériau peut inverser les spins magnétiques, leur permettant de créer un appareil capable de lire et d’écrire des informations dans les spins – un nouveau type de dispositif de stockage d’informations, bien que très simple, preuve de- principe un.

« J’étais assez fier de cela parce que nous utilisions des matériaux exotiques très complexes et inhabituels pour faire quelque chose d’appliqué », explique Analytis.

L’avenir des supraconducteurs

Analytis affirme que le va-et-vient entre les questions scientifiques fondamentales et les applications n’est pas seulement une rue à sens unique ; la technologie appliquée que son laboratoire développe peut alors aider à sonder des questions fondamentales.

« Nous pouvons prendre toutes les techniques de nanofabrication de pointe et une nouvelle compréhension de la façon dont les spins interagissent, puis les appliquer à de nouveaux supraconducteurs », dit-il.

Avec le prix Heising-Simons Fellow, par exemple, son équipe travaille sur des prototypes de dispositifs destinés uniquement à démontrer la physique fondamentale, à tester le fonctionnement de nouveaux supraconducteurs et à rechercher des matériaux dotés de nouvelles propriétés.

La création d’un supraconducteur à température ambiante et à pression ambiante est peut-être encore loin, mais Analytis a également des objectifs plus immédiats, comme comprendre les supraconducteurs qui fonctionnent à quelques Kelvin au-dessus du zéro absolu – toujours très froids, mais dont le mécanisme pourrait donner des indices sur la façon de concevoir supraconducteurs à partir de leurs composants élémentaires. «Ce serait aussi transformateur», dit-il.

Analytis reste motivé par ce potentiel de transformation et les diverses collaborations nécessaires pour traduire ses recherches fondamentales en applications.

« Nous collaborons avec des ingénieurs, des chimistes et des informaticiens », dit-il. « Ils disent que la variété est le piment de la vie ; Je pense certainement que cela rend mes recherches très amusantes.

Dans toutes ces applications, la puissance de la supraconductivité provient des spins des électrons, c’est-à-dire de la façon dont chaque électron tourne autour de son axe. L’un des principaux objectifs du laboratoire d’Analytis est de révéler comment les spins des électrons interagissent les uns avec les autres, comment tirer parti des spins pour stocker des données et comment manipuler les spins pour créer de nouveaux types de supraconducteurs qui peuvent fonctionner plus près de la température ambiante.

En 2020, Analytis et ses collègues ont développé un matériau connu sous le nom de dichalcogénure de métal de transition intercalé Fe1/3NbS2. L’équipe a montré que l’application de petits courants électriques au matériau peut inverser les spins magnétiques, leur permettant de créer un appareil capable de lire et d’écrire des informations dans les spins – un nouveau type de dispositif de stockage d’informations, bien que très simple, preuve de- principe un.

« J’étais assez fier de cela parce que nous utilisions des matériaux exotiques très complexes et inhabituels pour faire quelque chose d’appliqué », explique Analytis.

L’avenir des supraconducteurs

Analytis affirme que le va-et-vient entre les questions scientifiques fondamentales et les applications n’est pas seulement une rue à sens unique ; la technologie appliquée que son laboratoire développe peut alors aider à sonder des questions fondamentales.

« Nous pouvons prendre toutes les techniques de nanofabrication de pointe et une nouvelle compréhension de la façon dont les spins interagissent, puis les appliquer à de nouveaux supraconducteurs », dit-il.

Avec le prix Heising-Simons Fellow, par exemple, son équipe travaille sur des prototypes de dispositifs destinés uniquement à démontrer la physique fondamentale, à tester le fonctionnement de nouveaux supraconducteurs et à rechercher des matériaux dotés de nouvelles propriétés.

La création d’un supraconducteur à température ambiante et à pression ambiante est peut-être encore loin, mais Analytis a également des objectifs plus immédiats, comme comprendre les supraconducteurs qui fonctionnent à quelques Kelvin au-dessus du zéro absolu – toujours très froids, mais dont le mécanisme pourrait donner des indices sur la façon de concevoir supraconducteurs à partir de leurs composants élémentaires. «Ce serait aussi transformateur», dit-il.

Analytis reste motivé par ce potentiel de transformation et les diverses collaborations nécessaires pour traduire ses recherches fondamentales en applications.

« Nous collaborons avec des ingénieurs, des chimistes et des informaticiens », dit-il. « Ils disent que la variété est le piment de la vie ; Je pense certainement que cela rend mes recherches très amusantes.

La source: UC Berkeley

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Lorsqu’une personne se glisse dans un appareil d’imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique (IRM) pour obtenir des images internes d\u00e9taill\u00e9es de son corps, elle se trouve au milieu d’un gigantesque, puissant, supraconducteur<\/a> aimant. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

L\u00e9vitation \u00e0 base de supraconducteur.

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Les appareils IRM, incroyablement pr\u00e9cieux pour diagnostiquer les blessures et les maladies, ne sont possibles que gr\u00e2ce \u00e0 des d\u00e9cennies de recherche fondamentale sur ces aimants supraconducteurs. Aujourd’hui, cependant, il existe encore d’innombrables supraconducteurs exotiques que les scientifiques ne comprennent pas enti\u00e8rement mais qui pourraient avoir des applications technologiques.<\/p><\/span>\n\n\n\n

James Analytis, Ph.D.<\/a>, titulaire de la chaire Charles Kittel en physique de la mati\u00e8re condens\u00e9e \u00e0 Berkeley, veut r\u00e9v\u00e9ler les d\u00e9tails atomiques de ces types de mat\u00e9riaux. Son travail pourrait, un jour, conduire \u00e0 de nouveaux types d’appareils d’IRM, voire \u00e0 des superordinateurs qui codent les donn\u00e9es de mani\u00e8re enti\u00e8rement nouvelle. <\/p>\n\n\n\n

\ »Ce qui relie mes recherches, c’est que tout commence par cette question tr\u00e8s fondamentale de savoir comment fonctionnent ces nouveaux supraconducteurs \u00e9tranges\ », d\u00e9clare Analytis, un 2021 Membre de la facult\u00e9 Heising-Simons<\/a>. \u00ab Une fois que nous comprenons cela, nous pouvons optimiser et manipuler ces supraconducteurs pour cr\u00e9er de nouveaux dispositifs. L’objectif technologique ultime est d’essayer d’avoir un supraconducteur qui fonctionne \u00e0 temp\u00e9rature ambiante et qui puisse fabriquer des fils fins. <\/p>\n\n\n\n

Les fils supraconducteurs pourraient se traduire par de petits scanners IRM accessibles dans le monde entier, ou par un r\u00e9seau \u00e9lectrique beaucoup plus rapide et plus efficace, entre autres applications. <\/p>

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p class=\ »has-medium-font-size\ »>Une fa\u00e7on d’expliquer le monde<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Analytis, qui a grandi en Nouvelle-Z\u00e9lande, a toujours eu une profonde curiosit\u00e9 pour le monde qui l’entoure. Au coll\u00e8ge de l’Universit\u00e9 de Canterbury, il s’est essay\u00e9 \u00e0 la physique, aux math\u00e9matiques et \u00e0 la philosophie – tous les domaines qui, selon lui, offraient des fa\u00e7ons \u00e9l\u00e9gantes de d\u00e9crire la nature au niveau le plus simple. Mais il voulait aussi avoir un impact. Avec la physique, pensait-il, il serait capable \u00e0 la fois de comprendre comment le monde fonctionnait et d’appliquer ses d\u00e9couvertes au d\u00e9veloppement de nouvelles technologies. <\/p>\n\n\n\n

En tant que boursier Rhodes \u00e0 l’Universit\u00e9 d’Oxford, Analytis a r\u00e9duit ses int\u00e9r\u00eats pour se concentrer sur les supraconducteurs. Ces mat\u00e9riaux peuvent conduire l’\u00e9lectricit\u00e9 sans perte d’\u00e9nergie, permettant aux courants \u00e9lectriques de persister ind\u00e9finiment et de g\u00e9n\u00e9rer de puissants champs magn\u00e9tiques. Cependant, les supraconducteurs existants ne peuvent atteindre ces propri\u00e9t\u00e9s qu’\u00e0 des temp\u00e9ratures extr\u00eamement froides, du moins \u00e0 des pressions normales. <\/p>\n\n\n\n

\u00ab\u00a0Ce qui m’attirait dans ce domaine, c’est qu’il faut \u00eatre un touche-\u00e0-tout pour s’attaquer aux supraconducteurs\u00a0\u00bb, d\u00e9clare Analytis. \u00ab Vous devez comprendre la thermodynamique et les constituants fondamentaux de la nature, et comment les particules interagissent. Mais vous pouvez \u00e9galement sonder ces mat\u00e9riaux avec des exp\u00e9riences de table accessibles dans votre propre laboratoire.<\/p>\n\n\n\n

Analytis, cependant, n’\u00e9tait pas tout \u00e0 fait s\u00fbr de vouloir cr\u00e9er son propre laboratoire. Il a fallu deux bourses – d’abord \u00e0 l’Universit\u00e9 de Bristol au Royaume-Uni, puis \u00e0 Stanford – pour le rendre accro au sentiment de communaut\u00e9 que les laboratoires universitaires pouvaient transmettre. <\/p>\n\n\n\n

\ »J’ai soudainement eu l’impression de faire partie de quelque chose, cette communaut\u00e9 dynamique de personnes travaillant ensemble pour r\u00e9pondre \u00e0 des questions vraiment profondes et fondamentales sur le monde\ », dit-il. \u00ab Et donc l’une des raisons pour lesquelles j’ai d\u00e9cid\u00e9 de cr\u00e9er mon propre laboratoire \u00e9tait que je voulais propager cet enthousiasme ; Je voulais que mes \u00e9l\u00e8ves ressentent cette excitation que je ressentais.<\/p>\n\n\n\n

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Lorsqu’un mat\u00e9riau supraconducteur est torsad\u00e9 dans une bobine, comme c’est le cas avec un appareil IRM, il cr\u00e9e un champ magn\u00e9tique puissant. Dans le cas d’une IRM du corps d’une personne, la machine d\u00e9tecte la rapidit\u00e9 avec laquelle les protons du corps s’alignent avec le champ magn\u00e9tique, en utilisant cette information pour diff\u00e9rencier les types de tissus. Mais le m\u00eame magn\u00e9tisme supraconducteur est utile dans d’autres technologies, notamment l’imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique nucl\u00e9aire (RMN), les acc\u00e9l\u00e9rateurs de particules et les trains \u00e0 grande vitesse qui l\u00e9vitent au-dessus des voies, r\u00e9duisant ainsi la friction. <\/p>\n\n\n\n

Dans toutes ces applications, la puissance de la supraconductivit\u00e9 provient des spins des \u00e9lectrons, c’est-\u00e0-dire de la fa\u00e7on dont chaque \u00e9lectron tourne autour de son axe. L’un des principaux objectifs du laboratoire d’Analytis est de r\u00e9v\u00e9ler comment les spins des \u00e9lectrons interagissent les uns avec les autres, comment tirer parti des spins pour stocker des donn\u00e9es et comment manipuler les spins pour cr\u00e9er de nouveaux types de supraconducteurs qui peuvent fonctionner plus pr\u00e8s de la temp\u00e9rature ambiante. <\/p>\n\n\n\n

En 2020<\/a>, Analytis et ses coll\u00e8gues ont d\u00e9velopp\u00e9 un mat\u00e9riau connu sous le nom de dichalcog\u00e9nure de m\u00e9tal de transition intercal\u00e9 Fe1\/3NbS2. L’\u00e9quipe a montr\u00e9 que l’application de petits courants \u00e9lectriques au mat\u00e9riau peut inverser les spins magn\u00e9tiques, leur permettant de cr\u00e9er un appareil capable de lire et d’\u00e9crire des informations dans les spins – un nouveau type de dispositif de stockage d’informations, bien que tr\u00e8s simple, preuve de- principe un. <\/p>\n\n\n\n

\ »J’\u00e9tais assez fier de cela parce que nous utilisions des mat\u00e9riaux exotiques tr\u00e8s complexes et inhabituels pour faire quelque chose d’appliqu\u00e9\ », explique Analytis. <\/p><\/span>\n\n\n\n

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p class=\ »has-medium-font-size\ »>L’avenir des supraconducteurs<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Analytis affirme que le va-et-vient entre les questions scientifiques fondamentales et les applications n’est pas seulement une rue \u00e0 sens unique\u00a0; la technologie appliqu\u00e9e que son laboratoire d\u00e9veloppe peut alors aider \u00e0 sonder des questions fondamentales. <\/p>\n\n\n\n

\ »Nous pouvons prendre toutes les techniques de nanofabrication de pointe et une nouvelle compr\u00e9hension de la fa\u00e7on dont les spins interagissent, puis les appliquer \u00e0 de nouveaux supraconducteurs\ », dit-il. <\/p>\n\n\n\n

Avec le prix Heising-Simons Fellow, par exemple, son \u00e9quipe travaille sur des prototypes de dispositifs destin\u00e9s uniquement \u00e0 d\u00e9montrer la physique fondamentale, \u00e0 tester le fonctionnement de nouveaux supraconducteurs et \u00e0 rechercher des mat\u00e9riaux dot\u00e9s de nouvelles propri\u00e9t\u00e9s. <\/p>\n\n\n\n

La cr\u00e9ation d’un supraconducteur \u00e0 temp\u00e9rature ambiante et \u00e0 pression ambiante est peut-\u00eatre encore loin, mais Analytis a \u00e9galement des objectifs plus imm\u00e9diats, comme comprendre les supraconducteurs qui fonctionnent \u00e0 quelques Kelvin au-dessus du z\u00e9ro absolu – toujours tr\u00e8s froids, mais dont le m\u00e9canisme pourrait donner des indices sur la fa\u00e7on de concevoir supraconducteurs \u00e0 partir de leurs composants \u00e9l\u00e9mentaires. \u00abCe serait aussi transformateur\u00bb, dit-il. <\/p>\n\n\n\n

Analytis reste motiv\u00e9 par ce potentiel de transformation et les diverses collaborations n\u00e9cessaires pour traduire ses recherches fondamentales en applications. <\/p>\n\n\n\n

\u00ab Nous collaborons avec des ing\u00e9nieurs, des chimistes et des informaticiens \u00bb, dit-il. \u00ab Ils disent que la vari\u00e9t\u00e9 est le piment de la vie ; Je pense certainement que cela rend mes recherches tr\u00e8s amusantes.<\/p>\n\n\n\n

Dans toutes ces applications, la puissance de la supraconductivit\u00e9 provient des spins des \u00e9lectrons, c’est-\u00e0-dire de la fa\u00e7on dont chaque \u00e9lectron tourne autour de son axe. L’un des principaux objectifs du laboratoire d’Analytis est de r\u00e9v\u00e9ler comment les spins des \u00e9lectrons interagissent les uns avec les autres, comment tirer parti des spins pour stocker des donn\u00e9es et comment manipuler les spins pour cr\u00e9er de nouveaux types de supraconducteurs qui peuvent fonctionner plus pr\u00e8s de la temp\u00e9rature ambiante. <\/p>\n\n\n\n

En 2020<\/a>, Analytis et ses coll\u00e8gues ont d\u00e9velopp\u00e9 un mat\u00e9riau connu sous le nom de dichalcog\u00e9nure de m\u00e9tal de transition intercal\u00e9 Fe1\/3NbS2. L’\u00e9quipe a montr\u00e9 que l’application de petits courants \u00e9lectriques au mat\u00e9riau peut inverser les spins magn\u00e9tiques, leur permettant de cr\u00e9er un appareil capable de lire et d’\u00e9crire des informations dans les spins – un nouveau type de dispositif de stockage d’informations, bien que tr\u00e8s simple, preuve de- principe un. <\/p>\n\n\n\n

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Analytis affirme que le va-et-vient entre les questions scientifiques fondamentales et les applications n’est pas seulement une rue \u00e0 sens unique\u00a0; la technologie appliqu\u00e9e que son laboratoire d\u00e9veloppe peut alors aider \u00e0 sonder des questions fondamentales. <\/p>\n\n\n\n

\ »Nous pouvons prendre toutes les techniques de nanofabrication de pointe et une nouvelle compr\u00e9hension de la fa\u00e7on dont les spins interagissent, puis les appliquer \u00e0 de nouveaux supraconducteurs\ », dit-il. <\/p>\n\n\n\n

Avec le prix Heising-Simons Fellow, par exemple, son \u00e9quipe travaille sur des prototypes de dispositifs destin\u00e9s uniquement \u00e0 d\u00e9montrer la physique fondamentale, \u00e0 tester le fonctionnement de nouveaux supraconducteurs et \u00e0 rechercher des mat\u00e9riaux dot\u00e9s de nouvelles propri\u00e9t\u00e9s. <\/p>\n\n\n\n

La cr\u00e9ation d’un supraconducteur \u00e0 temp\u00e9rature ambiante et \u00e0 pression ambiante est peut-\u00eatre encore loin, mais Analytis a \u00e9galement des objectifs plus imm\u00e9diats, comme comprendre les supraconducteurs qui fonctionnent \u00e0 quelques Kelvin au-dessus du z\u00e9ro absolu – toujours tr\u00e8s froids, mais dont le m\u00e9canisme pourrait donner des indices sur la fa\u00e7on de concevoir supraconducteurs \u00e0 partir de leurs composants \u00e9l\u00e9mentaires. \u00abCe serait aussi transformateur\u00bb, dit-il. <\/p>\n\n\n\n

Analytis reste motiv\u00e9 par ce potentiel de transformation et les diverses collaborations n\u00e9cessaires pour traduire ses recherches fondamentales en applications. <\/p>\n\n\n\n

\u00ab Nous collaborons avec des ing\u00e9nieurs, des chimistes et des informaticiens \u00bb, dit-il. \u00ab Ils disent que la vari\u00e9t\u00e9 est le piment de la vie ; Je pense certainement que cela rend mes recherches tr\u00e8s amusantes.<\/p>\n\n\n\n

La source: UC Berkeley<\/a><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<!–\n\t\t\t\t\t\t

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