Voyage au centre de la Terre, à la Jules Verne, n'arrivera pas de sitôt. Un nouveau matériau composé d'un métal liquide et de particules magnétiques, cependant, pourrait permettre aux chercheurs de recréer beaucoup plus facilement les forces puissantes au cœur de la planète.

"Nous pouvons potentiellement reproduire certains des phénomènes observés sur les planètes et les étoiles avec ce matériau, " a déclaré Eric Brown, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux à Yale et auteur principal d'une étude publiée le 30 janvier dans la revue Liquides d'examen physique .

Le nouveau matériau est composé d'un alliage d'indium et de gallium (eGaIn) avec diverses particules en suspension à l'intérieur. Lorsqu'il coule, sa capacité à générer ou modifier des champs magnétiques est jusqu'à cinq fois supérieure à celle du métal liquide pur. Cette, avec une augmentation significative de la conductivité électrique, signifie que les chercheurs peuvent utiliser le matériau pour étudier les effets de la magnétohydrodynamique (MHD) - les propriétés magnétiques des fluides conducteurs généralement observables uniquement dans les noyaux des planètes et des étoiles.

L'un des défis de la suspension des particules dans les métaux liquides est que l'air oxyde la peau des métaux, gardant les particules à la surface. Les chercheurs ont contourné ce problème en immergeant le métal liquide dans une solution acide, qui élimine et prévient l'oxydation.

"Nous avons réussi à suspendre presque tout ce que nous voulions :de l'acier, zinc, nickel, fer—essentiellement tout ce qui a une conductivité supérieure à celle de l'eGaIn, " dit Florian Carle, un associé postdoctoral au département de génie mécanique et de science des matériaux de Yale, et auteur principal de l'article.

La découverte pourrait avoir des avantages pour la géophysique, astrophysique, et d'autres champs qui explorent la dynamique du champ magnétique terrestre, qui est généré par le métal liquide circulant dans le noyau. Ce champ magnétique crée un courant électrique à l'intérieur de la Terre et bloque le rayonnement de l'espace. Compte tenu du large éventail d'applications potentielles du matériau, les chercheurs ont développé un protocole détaillé pour s'assurer que d'autres laboratoires pourraient reproduire leurs résultats.

Une utilisation potentielle du matériau est l'étude des retournements de pôles magnétiques, lorsque les pôles nord et sud de la Terre s'inversent. Cela n'arrive pas souvent — en moyenne, les basculements se produisent une fois tous les quelques centaines de milliers d'années, mais les effets du commutateur géomagnétique peuvent être dévastateurs en levant temporairement la barrière qui protège les rayonnements de l'espace. Certains scientifiques pensent que ces retournements ont causé un certain nombre d'extinctions d'espèces sur Terre.

Avec le matériel, Carle a dit, les chercheurs peuvent "créer une Terre plus petite" et explorer ces phénomènes et potentiellement faire de meilleures prédictions sur les inversions de pôles et d'autres effets du champ magnétique. Des tentatives pour recréer le champ magnétique terrestre ont été tentées dans d'autres laboratoires, mais avec un succès limité. La plupart impliquent l'utilisation de sodium liquide hautement explosif, ce qui nécessite de très grands modèles.

"Les gens ont essayé ces grandes chambres à écoulement aussi grandes que trois mètres de diamètre, rempli de sodium liquide et tournant comme une Terre miniature, " dit Brown.

Avec le matériel que les chercheurs de Yale ont développé, les scientifiques peuvent potentiellement créer des modèles aussi petits que 20 centimètres carrés pour recréer les phénomènes des champs magnétiques. En plus d'être beaucoup plus facile à travailler, le matériau permet aux utilisateurs d'ajuster sa viscosité et ses niveaux de magnétisme pour mieux s'adapter à leurs propres recherches et applications.

« Alors, ils pourraient voir des résultats que vous ne pourriez pas obtenir avec du sodium liquide, voire observer des phénomènes MHD complètement différents, " dit Carle.

Étant donné que ces effets peuvent être créés à si petite échelle, le matériau pourrait également conduire à la création de nouveaux dispositifs. « Vous pouvez imaginer des gens proposer des applications qui utilisent ces phénomènes MHD dans des environnements de laboratoire et industriels, ", a déclaré Brown.