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Nouveau record de puissance d'un champ magnétique capturé dans un supraconducteur

Julien Bergounhoux
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Nouveau record de puissance d'un champ magnétique capturé dans un supraconducteur

© University of Cambridge - CC-BY

Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont battu un record en place depuis plus de dix ans, celui du plus grand champ magnétifique contenu dans un supraconducteur. Cette avancée pourrait ouvrir la voie vers plus d'applications industrielles pour ces technologies.

Un nouveau record vient d'être établi par une équipe d'ingénieurs de l'Université de Cambridge, dont les recherches sont financées par Boeing. Les chercheurs en question sont parvenus à «capturer» un champ magnétique d'une force de 17,6 Tesla (à peu près 100 plus fort que le champ généré par un aimant basique pour réfrigérateur) dans un supraconducteur à haute température critique composé d'un oxyde mixte de gadolinium, de baryum et de cuivre (GdBCO).

A titre de comparaison, leur expérience équivaut à contenir une force de 3 tonnes au sein d'un objet de la taille d'une balle de golf, fait d'un matériau qui est normalement aussi fragile que de la porcelaine. Ils ont battu le précédent record, qui était en place depuis plus d'une décennie, de 0,36 Tesla.

Les supraconducteurs sont des matériaux qui transportent un courant électrique avec très peu de résistance lorsqu'ils sont refroidis au-dessous d'une certaine température. Le courant électrique transporté par un supraconducteur génère un champ magnétique dont la force est proportionnelle à la quantité d'électricité présente. Les meilleurs supraconducteurs peuvent typiquement porter un courant 100 fois plus fort que le cuivre, ce qui leur confère de gros avantages par rapport aux matériaux traditionnels et aux aimants permanents.

Les supraconducteurs conventionnels ont besoin d'être refroidis jusqu'à une température proche du zéro absolu (-273,15 °C) avant d'obtenir leurs capacités supraconductrices, mais les supraconducteurs à haute température atteignent les mêmes propriétés à une température de seulement -196 °C, ce qui les rend beaucoup plus simples (et moins chers) à utiliser.

Une microstructure renforcée

Le nouveau record a été obtenu à l'aide d'échantillons de GdBCO de 25 mm de diamètre, façonnés pour en faire un seul gros noyau en utilisant un procédé de fonte connu, puis renforcés en utilisant une technique relativement simple. Les matériaux utilisés sont des cuprates : de fines feuilles de cuivre et d'oxygène séparées par d'autres types d'atomes plus complexes. Bien qu'ils soient des supraconducteurs de très bonne qualité, les cuprates sont très fragiles lorsqu'ils sont fabriqués sous forme de céramiques frittées. Ainsi, tenter de contenir un champ magnétique fort dans une grande quantité de cuprates à tendance à les faire exploser.

Pour réussir à capturer le champ magnétique, les chercheurs ont modifié la microstructure du GdBCO pour augmenter ses capacités de transport électrique et de résistance thermique, et ont renforcé le noyau par un anneau en acier inoxydable. Des points «épinglant» les flux magnétiques (qui se repoussent très fortement) au sein de la microstructure contribuent également à rendre possible le fait de contenir un tel champ.

Ces recherches montrent le potentiel des supraconducteurs à haute température pour des applications variées, allant du stockage énergétique au traitement des minerais en passant par les trains à grande vitesse lévitant sur des monorails.

Les travaux ont été publiés dans la revue spécialisée Superconductor Science and Technology.

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