Les champs magnétiques d’une intensité sans précédent fascinent les scientifiques du monde entier. Les aimants à haute résistance, instruments indispensables pour l’exploration des propriétés cachées des matériaux avancés, font l’objet d’une émulation internationale. La Chine vient de franchir un cap important dans ce domaine, en surpassant le record précédemment détenu par les États-Unis. Cette réalisation élargit le champ des possibilités pour la recherche en physique et en science des matériaux.
Un nouveau record mondial établi en Chine
Le 22 septembre 2024, l’installation de champ magnétique stable élevé (SHMFF) de l’Académie chinoise des sciences à Hefei a atteint un champ magnétique stable de 42,02 teslas. Cette performance surpasse le précédent record de 41,4 teslas établi en 2017 par un aimant résistif au Laboratoire national des champs magnétiques intenses (NHMFL) à Tallahassee, en Floride.
L’aimant chinois, désormais le plus puissant au monde, a généré un champ magnétique plus de 800 000 fois supérieur à celui de la Terre. Cette réalisation marque une étape significative dans la conception d’aimants fiables capables de maintenir des champs magnétiques d’une intensité croissante.
Les aimants à haute résistance sont largement employés dans les installations magnétiques du monde entier. Joachim Wosnitza, physicien au laboratoire de champs magnétiques élevés de Dresde en Allemagne, a commenté : «Les champs magnétiques plus élevés permettraient aux chercheurs de découvrir une nouvelle physique surprenante.»
Marc-Henri Julien, physicien de la matière condensée au Laboratoire national des champs magnétiques intenses de Grenoble, a ajouté : «De nouveaux états de la matière peuvent être créés ou manipulés.»
Les champs intenses permettent également d’améliorer la résolution des expériences sensibles, facilitant l’observation de phénomènes subtils.
Les défis technologiques des aimants résistifs
Guangli Kuang, physicien spécialisé dans les champs magnétiques élevés au SHMFF, a souligné les efforts nécessaires pour atteindre ce nouveau record : «Des années de modifications de l’aimant ont été requises. Ce n’était pas facile à réaliser.»
Les aimants résistifs présentent l’avantage de pouvoir maintenir des champs magnétiques élevés pendant de longues périodes. Leur champ magnétique peut être augmenté rapidement, ce qui en fait des outils expérimentaux polyvalents. Joachim Wosnitza a expliqué : «Il suffit de tourner un bouton pour passer de zéro tesla à des champs élevés en quelques minutes.»
Cependant, la consommation électrique importante de ces aimants constitue un inconvénient majeur. L’aimant résistif du SHMFF a nécessité 32,3 mégawatts d’électricité pour produire son champ record. Alexander Eaton, physicien de la matière condensée à l’Université de Cambridge, a dit pour sa part : «Il faut avoir un argument scientifique solide pour justifier cette ressource.»
L’avenir des aimants à haute intensité
La recherche s’oriente vers le développement d’aimants hybrides et supraconducteurs capables de générer des champs élevés en consommant moins d’énergie. En 2019, les chercheurs du NHMFL ont conçu un aimant supraconducteur miniature qui a brièvement maintenu un champ de 45,5 teslas. Ils développent actuellement un aimant supraconducteur de 40 teslas plus grand pour les expériences.
L’équipe du SHMFF travaille sur un aimant hybride de 55 teslas. Bien que ces nouveaux aimants devraient être moins coûteux à exploiter que leurs homologues résistifs, leur construction est plus onéreuse et nécessite des systèmes de refroidissement complexes. Mark Bird, co-responsable de la division des sciences et technologies des aimants du NHMFL, a conclu : «La technologie est encore en développement, et les coûts ne sont pas encore clairement établis.»
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