Yishu Wang explore les aimants quantiques pour des dispositifs écoénergétiques

La recherche sur les aimants corrélés ouvre de nouvelles portes pour les technologies quantiques. Une subvention vient d’être accordée pour explorer les comportements microscopiques de ces matériaux aux propriétés fascinantes dans le but de concevoir des applications dans le domaine du calcul à haute vitesse et de l’efficacité énergétique.

Yishu Wang, Professeure assistante conjointe au Département de Science des Matériaux et d’Ingénierie de l’Université du Tennessee ainsi qu’au Département de Physique et d’Astronomie, a reçu une subvention de recherche du Département de l’Énergie des États-Unis (DOE). L’objectif de cette subvention est d’étudier les comportements dynamiques et microscopiques des aimants possédant des propriétés quantiques.

Le magnétisme trouve son origine dans les électrons d’un matériau. Lorsque tous les électrons d’un matériau tournent dans la même direction, comme c’est le cas dans les métaux tels que le fer, le matériau devient magnétique, avec des pôles qui attirent ou repoussent d’autres matériaux magnétiques.

La Professeure a précisé : « Les aimants que nous utilisons aujourd’hui peuvent être considérés comme des arrangements statiques d’électrons, analogues au motif statique des coups de pinceau dans une peinture. Cependant, mes collègues et moi étudions les aimants corrélés, qui sont définis par la dynamique vivante, cohérente et intriquée des spins de leurs électrons. Ces aimants ne peuvent pas être compris à partir de motifs statiques ; ils ressemblent davantage à des films qu’à des peintures. »

Dans les aimants corrélés, les électrons présentent des interactions quantiques mécaniques, conduisant à une supraconductivité non conventionnelle, à l’intrication quantique et à d’autres caractéristiques novatrices. Ces propriétés confèrent aux aimants corrélés un fort potentiel pour le développement de dispositifs éco-énergétiques capables de calculs à haute vitesse, entre autres applications.

La diffusion neutronique conventionnelle, méthode typique d’investigation des matériaux à l’échelle atomique, ne révèle que des instantanés limités des corrélations spin-spin des électrons. Elle ne capture pas adéquatement les propriétés des nouveaux aimants dépourvus d’un ordre statique.

Au cours des trois prochaines années, Wang utilisera le financement du DOE pour développer une nouvelle capacité de diffusion neutronique. Cette méthode innovante permettra de capturer pleinement la dynamique des spins dans les aimants corrélés au fil du temps.

« Grâce à ce financement, nous serons en mesure de capturer les comportements dynamiques des systèmes magnétiques corrélés avec une perspective renouvelée, acquérant ainsi une compréhension plus profonde de leurs interactions quantiques mécaniques sous-jacentes. » a souligné Yishu Wang.

Tout au long de la subvention, Wang collaborera avec des collègues de l’Université du Tennessee et de la Division des Sciences Neutroniques du Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL). Ces partenariats doivent permettre de :

• Synthétiser des matériaux magnétiques corrélés à étudier
• Développer et mettre en œuvre l’instrumentation nécessaire aux expériences
• Interpréter les données expérimentales obtenues

Les instruments et méthodes développés par Wang resteront disponibles dans la Source de Neutrons par Spallation (SNS) de l’ORNL pour de futures études.

Et de conclure : « Cette recherche est particulièrement précieuse pour la communauté des sciences quantiques. Cependant, le développement de la diffusion neutronique avec résolution temporelle bénéficiera à un large éventail de communautés scientifiques et contribuera à assurer la position de la SNS en tant que centre d’innovation de premier plan mondial pour la science des neutrons. »

Source / Université du Tennessee