Supraconductivité, où les courants électriques circulent sans entrave à travers un matériau, est l'une des découvertes scientifiques les plus fascinantes de la physique moderne. Il a de nombreuses utilisations pratiques. Gouvernements, les industries, et les centres de soins et de sciences utilisent tous la supraconductivité dans des applications allant des IRM dans les hôpitaux aux cavités des accélérateurs de particules, où les scientifiques explorent les fondements de la matière. Cependant, l'exploitation pratique de la supraconductivité présente également de nombreux défis.
Les défis sont peut-être les plus grands pour les chercheurs essayant d'intégrer la supraconductivité dans de petits, systèmes portables. L'universitaire de l'Université de Cambridge et expert en supraconductivité John Durrell et son équipe démontrent cette semaine à Lettres de physique appliquée , des éditions AIP, qu'un système magnétique supraconducteur portable, lequel est, en substance, un substitut haute performance à un aimant permanent conventionnel, peut atteindre un niveau de 3 teslas pour le champ magnétique. Durrell a déclaré que le travail de son équipe avait en grande partie évolué à partir des découvertes innovantes du physicien de l'Université de Houston, Roy Weinstein, qui a montré comment les électro-aimants conventionnels et la magnétisation par champ pulsé peuvent être utilisés pour activer des champs magnétiques supraconducteurs qui sont "capturés" et maintenus dans le cadre d'un arrangement supraconducteur. Cela évite d'avoir à utiliser de gros aimants supraconducteurs coûteux pour "activer" de tels systèmes portables. Clé aussi, Durrell a souligné, est que son équipe a capitalisé sur d'autres technologies nouvelles et moins chères, surtout pour le refroidissement.
"Par exemple, le saut avec les avancées de la cryogénie, permet de faire des choses intéressantes dans d'autres domaines, trop, « . Le champ magnétique 3 tesla de Durrell est une nouveauté pour un système portable.
Durrell et son équipe étaient curieux de savoir ce qu'ils pouvaient faire en examinant le travail de Weinstein quelques années plus tôt. Weinstein a démontré qu'avec la pulsation électromagnétique externe conventionnelle d'un milieu, il était possible de « capturer » un champ magnétique dans un supraconducteur en utilisant un champ magnétique externe beaucoup plus petit qu'on ne le pensait auparavant. L'enquête Weinstein a utilisé du cuprate de baryum et d'yttrium dopé à l'uranium et soumis à un traitement d'irradiation. L'équipe de Durrell a cherché un matériau moins cher et a choisi le Gadolinium Baryum Cuprate, sans dopage à l'uranium. Difan Zhou, enquêteur de l'équipe et auteur principal, a eu l'idée d'étendre les découvertes de Weinstein, Durrell a dit, et la recherche, qui a pris un peu moins de deux ans à faire, a payé.
"Ce fut une surprise pour nous que nous ayons réussi à voir dans un matériau pas tout à fait si moderne le même effet de saut de flux géant que Roy Weinstein a démontré, " a déclaré Durrell. " L'élément clé qui a rendu cela possible est que nous avons examiné ce que Roy a fait pour le faire fonctionner, mais pour ce type de système portable. Avant, nous utilisions des aimants supraconducteurs conventionnels pour charger nos vracs. Cela rendra l'accès à ces champs élevés moins cher et plus pratique."
Des avances en moins cher, un refroidissement plus efficace - le système cryogénique - était également essentiel pour les recherches de Durrell et de son équipe. Pour les phases de charge et de maintien du champ magnétique, il faut garder l'échantillon supraconducteur au frais sinon la supraconductivité cède. Récemment, le secteur privé a mis au point des systèmes cryogéniques bon marché et légers, et Durrell a utilisé un système de refroidissement de Sunpower Inc., une entreprise américaine. Selon Durrell, cette légèreté et ce coût relativement bas pourraient faire de la supraconductivité portable dans divers produits une réelle possibilité.
L'effet total de réunir ces nouvelles opportunités technologiques, Durrell a souligné, est "essentiellement un meilleur, aimant permanent portable - un avec un champ magnétique de 3 tesla plutôt que 1 tesla. L'intérêt évident de cela est que vous pourriez l'utiliser pour fabriquer un moteur plus petit et plus léger."
Les systèmes RMN et IRM à faible coût pour les hôpitaux sont également une forte possibilité d'utilisation, Durrell a expliqué, car ces systèmes utilisent souvent de gros aimants supraconducteurs. Des systèmes d'administration de médicaments ciblés magnétiquement dans des applications humaines et vétérinaires peuvent également être activés.
Durrell et son équipe prévoient d'effectuer plus de tests pour plus de puissance magnétique et d'efficacité globale. Ils ont reçu un soutien important de The Boeing Company pour cette enquête, et Durrell estime qu'il s'agit d'un bon exemple de ce qu'une entreprise et un laboratoire universitaire peuvent faire lorsqu'ils font équipe pour la recherche fondamentale.
