Technologies d’avenir

Oles Sendetskyi, lauréat d'un Founder Fellowship à l'Institut Paul Scherrer PSI, veut utiliser l’inversion de polarité de certains nanoaimants pour développer une source durable de courant électrique pour petits appareils.

Pas d’indice que la matière noire soit faite d’axions: le résultat d’une expérience menée au PSI restreint encore un peu plus le champ des théories sur la nature de la matière noire.

Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à visualiser les directions de l'aimantation dans un objet magnétique tridimensionnel. Les plus petits détails de leur visualisation mesuraient moins d'un dixième de millième de millimètre. Un type de motif exceptionnel est ressorti dans la structure qu'ils ont fait apparaître: des singularités magnétiques appelées points de Bloch, jusque-là connues uniquement en théorie.

Un laser à rayons X à électrons libres permet d'observer certains processus extrêmement rapides. Les premières expériences pilotes au laser suisse à rayons X à électrons libres SwissFEL auront lieu au PSI fin 2017. Deux articles récemment parus dans les revues spécialisées Science et Nature Communications mettent en évidence l'excellence scientifique que de telles installations rendent possible. Les travaux ont été conduits au laser à rayons X à électrons libres LCLS en Californie. Entre-temps, deux des principaux auteurs de ces publications ont intégré le PSI en tant que scientifiques pour contribuer par leur expérience au développement du SwissFEL.

Des chercheurs en matériaux pour batteries du PSI ont développé une méthode qui leur a permis de faire des découvertes cruciales sur les processus de charge et décharge des batteries lithium-soufre. Cette méthode a révélé par ailleurs que l’addition de poudre de quartz dans la batterie augmentait l’énergie disponible dans cette dernière et réduisait notablement la perte en capacité qui intervient avec le vieillissement.

Matériaux pour l’électricité du futur, accumulateurs, épées de l’âge du bronze: cela fait 20 ans que les chercheurs de diverses disciplines utilisent la Source de neutrons à spallation SINQ.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI ont réalisé des radiographies détaillées en 3D d’une puce informatique usuelle. Dans le cadre de leur expérience, ils ont analysé une petite portion de puce qu’ils avaient préalablement découpée. Durant la mesure, cet échantillon est resté intact. Pour les fabricants, déterminer si la structure de leurs puces est conforme aux normes représente un défi. Ces résultats constituent donc une possibilité d’application importante pour un procédé spécifique de tomographie à rayons X que les chercheurs du PSI développent depuis quelques années.

Un nouveau matériau pourrait servir de base aux futures mémoires informatiques, car il permettrait de réduire nettement les besoins en énergie dans le domaine du stockage de données par rapport aux disques durs actuels. Ce matériau fait partie de la classe dite des multiferroïques magnétoélectriques et conserve la propriété magnétique nécessaire même à température ambiante.

L’oxyde de néodyme-nickel est un matériau qui, suivant la température, est soit un métal, soit un isolant. Cette transition peut être commandée par l’application d’une tension électrique, ce qui fait de ce matériau un candidat potentiel pour les transistors dans les appareils électroniques modernes. Des chercheurs à l’Institut Paul Scherrer PSI ont utilisé un développement perfectionné et sophistiqué de la diffusion de rayons X et réussi à saisir la cause de cette transition: la réorganisation des électrons autour des atomes d’oxygène.

Christian Rüegg reçoit un prestigieux subside de recherche européen appelé ERC Consolidator Grant. Avec ces fonds, il entend étudier les interactions des plus petits composants de la matière.

Grâce à une méthode d’analyse ultramoderne, des chercheurs ont réussi à visualiser l’intérieur de transformateurs et à observer les domaines magnétiques au travail à l’intérieur de leur noyau de fer. Les transformateurs sont indispensables pour approvisionner l’industrie et les ménages en électricité. Les résultats de recherche montrent que cette méthode d’analyse peut être mise à profit pour développer des transformateurs plus efficaces.

Le deutéron – tout comme le proton – est plus petit qu’on ne l’imaginait jusqu’iciLe deutéron – l’un des noyaux atomiques les plus simples, composé seulement d’un proton et d’un neutron – est nettement plus petit qu’on ne l’avait imaginé jusqu’ici. Ce nouveau résultat de recherche va dans le même sens qu’une étude datant de 2010, dans le cadre de laquelle le proton avait été mesuré à l’Institut Paul Scherrer PSI également: la valeur découverte s’était avérée plus petite que celle à laquelle on s’attendait. Le résultat de 2010 avait marqué le début de ce qu’on appelle depuis l’énigme du rayon du proton.

Des chercheurs au PSI ont développé un détecteur baptisé POLAR. Il doit servir à déceler et analyser des éruptions d’énergie extrêmes, venues du fin fond de l’univers. En septembre prochain, POLAR s’envolera vers l’espace à bord d’une mission spatiale chinoise.

Des chercheurs du PSI et de l’ETH Zurich ont développé un procédé simple et bon marché qui permet d’améliorer nettement la performance des batteries lithium-ion. Qu’il s‘agisse de montres, de smartphones, d’ordinateurs ou de voitures, ce procédé permet d’optimiser les batteries pour tous les domaines d’application, car il est modulable en terme de taille. Non seulement l'autonomie est meilleure, mais en plus la recharge se fait plus rapidement.

Le fermion de Weyl, découvert seulement l’an dernier, se déplace pratiquement sans résistance à l’intérieur de certains matériaux. Des chercheurs montrent à présent une voie possible pour l’utiliser dans des composants électroniques.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer ont produit un grand nombre de maquettes détaillées du Cervin. Chacune d’elles mesure moins d’un dixième de millimètre. Ils démontrent ainsi comment fabriquer en série des objets 3D aussi délicats. Les matériaux qui portent à leur surface de minuscules structures 3D de ce genre présentent souvent des propriétés susceptibles de réduire l’usure de composants mécaniques, par exemple.

Les ordinateurs et les autres appareils électroniques représentent aujourd’hui une part considérable de la consommation d’énergie, une part dont il est pratiquement impossible de modifier l’importance avec les technologies actuellement utilisées. Les puces électroniques qui prendront place dans les appareils économes en énergie de demain devront donc être composées de matériaux innovants. De nouveaux résultats de recherche indiquent une voie possible comment on peut obtenir ces matériaux.

Normalement, les supraconducteurs repoussent les champs magnétiques appliqués. Mais à l’intérieur des supraconducteurs de type II, il se forme de fins canaux appelés tubes de flux par lesquels passe le champ magnétique, alors que le reste du matériau reste sans champ et supraconducteur. Dans le niobium (un métal), les tubes de flux se regroupent en îlots et forment des schémas complexes, que l’on rencontre fréquemment dans la nature sous une forme analogue. Des chercheurs du PSI et de l’Université technique de Munich (Technische Universität München: TUM) sont les premiers à avoir mené des expériences avec des neutrons pour analyser ces structures dans le niobium. Ils ont réussi à visualiser en détail la répartition des îlots.

Quand ponts, barrages et autres ouvrages en béton se retrouvent striés de fissures sombres au bout de quelques décennies, c’est que la maladie du béton est à l’œuvre. Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI et de l’Empa viennent de réussir à décrypter au niveau atomique la composition du matériau qui apparaît dans ces fissures. Ils ont découvert un agencement atomique cristallin, inconnu à ce jour.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI ont réussi à visualiser de la lumière térahertz grâce à une technologie de caméra disponible dans le commerce. Non seulement ils ouvrent ainsi la voie vers une alternative économique aux procédés en principe utilisés jusqu’ici. Mais ils ont aussi réussi à multiplier par vingt-cinq la résolution de l’image en comparaison. Grâce à ses propriétés particulières, la lumière térahertz est intéressante pour de nombreuses applications. Au PSI, elle sera utilisée dans le cadre des expériences au laser à électrons libres SwissFEL.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) ont créé un matériau artificiel à partir d’un milliard de minuscules aimants. Fait étonnant : il s’avère à présent que les propriétés magnétiques de ce métamatériau changent avec la température de sorte qu’il peut prendre des états différents, semblable à l’eau qui a un état gazeux, un état liquide et un état solide.

Une équipe internationale de chercheurs a montré pour la première fois comment rendre magnétiques des matériaux comme le cuivre, qui sont non magnétiques à l'état naturel. La découverte pourrait contribuer au développement d'aimants novateurs pour les applications techniques les plus diverses. Les mesures qui se sont avérées décisives pour comprendre le phénomène ont été menées au PSI. Il s'agit du seul site où les processus magnétiques peuvent être étudiés au cœur des matériaux de manière suffisamment détaillée.