La structure annulaire du métamatériau a été inspirée par l'armure de maille des chevaliers médiévaux. Crédit :KIT
Le Moyen Âge était certainement loin d'être favorable à la science :quiconque cherchait de nouvelles découvertes hors des sentiers battus risquait d'être brûlé sur le bûcher. D'où, la contribution de cette époque au progrès technique est jugée assez faible. Scientifiques de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), cependant, ont été inspirés par l'armure de courrier médiévale lors de la production d'un nouveau métamatériau avec de nouvelles propriétés. Ils ont réussi à inverser le coefficient de Hall d'un matériau.
L'effet Hall est l'apparition d'une tension électrique transversale à travers un conducteur électrique parcouru par un flux de courant, si ce conducteur est situé dans un champ magnétique. Cet effet est un phénomène de base de la physique et permet de mesurer l'intensité des champs magnétiques. C'est la base des capteurs de vitesse magnétiques dans les voitures ou des boussoles dans les smartphones. Outre la mesure des champs magnétiques, l'effet Hall peut également être utilisé pour caractériser les métaux et les semi-conducteurs et en particulier pour déterminer la densité de porteurs de charge du matériau. Le signe de la tension Hall mesurée permet de tirer des conclusions quant à savoir si les porteurs de charge dans l'élément semi-conducteur portent une charge positive ou négative.
Les mathématiciens prédisaient déjà théoriquement qu'il est possible d'inverser le coefficient de Hall d'un matériau (comme l'or ou le silicium), c'est-à-dire d'inverser son signe. Cela devait être réalisé par une structure annulaire tridimensionnelle ressemblant à une armure de courrier médiévale. Toutefois, cela était considéré comme difficile, car le maillage annulaire d'un millionième de mètre devrait être composé de trois éléments différents.
L'anneau a une maille de millionièmes de mètre. Crédit :KIT
Christian Kern, Mouamer Kadic, et Martin Wegener de l'Institut de physique appliquée de KIT ont maintenant découvert qu'un seul matériau de base est suffisant, à condition que la structure annulaire choisie obéisse à une certaine disposition géométrique. D'abord, ils ont produit des échafaudages en polymère avec une imprimante 3D de la plus haute résolution. Puis, ils ont recouvert ces échafaudages d'oxyde de zinc semi-conducteur.
Le résultat de l'expérience :Les scientifiques peuvent produire des méta-matériaux à coefficient positif, même si leurs composantes ont des coefficients négatifs. Cela ressemble un peu à la pierre philosophale, la formule, au moyen desquels les alchimistes médiévaux ont essayé de convertir une substance en une autre. Mais ici, aucune conversion n'a lieu. "Les porteurs de charge dans le métamatériau restent des électrons chargés négativement, " explique Christian Kern. " Les mesures des salles ne font qu'apparaître chargées positivement, car la structure les oblige à faire des détours."
Kern admet que cette découverte n'a jusqu'à présent aucune utilité pratique. Il y a suffisamment de solides avec des coefficients de Hall négatifs et positifs. Mais Kern veut continuer ses recherches. La prochaine étape sera la production de structures anisotropes avec une tension de Hall dans le sens du champ magnétique. Normalement, La tension de Hall est dirigée verticalement vers le courant et les champs magnétiques. De tels matériaux non conventionnels pourraient être appliqués dans de nouveaux capteurs pour la mesure directe des tourbillons de champ magnétique.
