Un nouvel aimant quantique promet des applications en robotique, en électronique et en capteurs

Les chercheurs du MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) Hangu Chui et al ont récemment donné une nouvelle tournure à la technologie bien comprise derrière les aimants. Même si cela peut paraître simpliste à première vue (à quel point un aimant peut-il devenir meilleur, après tout ?), la recherche ouvre la voie à de nouvelles applications matérielles. Les aimants (et l'électromagnétisme lui-même) étant à la base de systèmes informatiques entiers, les améliorations apportées aux matériaux magnétiques de base devraient apporter des améliorations à fort impact dans notre gestion de ces forces fondamentales.

Profitant des effets quantiques, les chercheurs ont réussi à contrôler l'effet Hall anormal et la courbure de Berry, deux barrières physiques fondamentales qui s'opposaient aux tentatives de mise en œuvre d'une manière qui nous serait utile. Le nouvel article de l'équipe de recherche, publié dans Nature, met en lumière l'utilisation du tellurure de chrome comme moyen de tirer parti des deux effets pour améliorer l'efficacité et les performances. Les zones impactées ? Partout où les aimants comptent : depuis l’informatique, l’électronique et la robotique.

L'effet Hall fait référence à une découverte faite par Edwin Hall, 23 ans, en 1879. Hall a remarqué que placer un aimant à angle droit contre une bande verticale de métal traversée par un courant dévie le courant vers l'extrémité opposée. de la tôle (rappelez-vous que le courant électrique est le mouvement ordonné des électrons libres).

Cette différence asymétrique de courant est connue sous le nom d’effet Hall. Mais avec la mécanique quantique, ce comportement asymétrique peut être utilisé à notre avantage. Considérez la mécanique quantique comme un moyen d’observer ce que fait réellement l’effet Hall au niveau de la physique des particules, ce qui, à son tour, nous permet de comprendre et d’influencer les circonstances dans lesquelles il se manifeste.

C'est là qu'intervient l'application d'un concept quantique connu sous le nom de courbure de Berry : en physique quantique, elle peut être utilisée pour dévier naturellement le flux d'électrons (un peu comme le fait l'effet Hall). Sauf qu’il n’a pas besoin du champ magnétique, c’est maintenant connu sous le nom d’effet Hall anormal, et il peut être utilisé pour contrôler beaucoup plus efficacement le flux d’électricité.

Les travaux du chercheur ont abouti à un matériau qui présente cet effet Hall anormal même lorsqu'il est pressé et étiré - une caractéristique pour des travaux potentiels dans le domaine de l'électronique flexible. Le matériau est constitué de cristaux : soit des couches de base d'oxyde d'aluminium, soit de titanate de strontium (d'un demi-millimètre d'épaisseur). Ensuite, une couche atomique de tellurure de chrome, un composé magnétique, est appliquée sur ces couches. En raison de la manière dont il interagit avec les couches de base, le composé magnétique confère de la flexibilité aux couches cristallines.

Mais ici, « flexible » signifie que lorsque le matériau subit une contrainte, il ne perd pas sa capacité à conduire les électrons ; ils se déplacent simplement par différentes voies, comme le permet l'interaction entre l'effet Hall anormal et la courbure de Berry. Cette capacité est la raison pour laquelle les chercheurs appellent ce composé un matériau « adaptable à la contrainte », car il ajuste naturellement la conductance électrique en fonction de la contrainte qu'il subit. Pour cette raison, les chercheurs citent de multiples applications dans un certain nombre de domaines très pertinents.

En robotique, des matériaux réglables en contrainte peuvent être utilisés pour les « capteurs souples », des capteurs qui peuvent s'étendre autour d'éléments biologiques existants (tels que les neurones cérébraux dans les BCI [interfaces cerveau-ordinateur], par exemple) afin d'éviter de les endommager ou de mieux interagir avec eux. Les capteurs qui s'étirent en fonction de facteurs environnementaux ou les mécanismes de contrôle flexibles pour les prothèses artificielles sont également ouverts grâce à cette technologie - sans parler des avantages pour les entreprises exploratrices telles que Neuralink.

Ces matériaux à contrainte réglable ont également des applications dans le stockage de données : le matériau extensible peut stocker différentes quantités de données en fonction de la manière exacte dont il est étiré, ce qui apporterait des avantages certains en termes de densité et des avantages possibles en termes de conservation des données.