Modèle imprimé en 3D de l'expérience du Dr Jordi Prat-Camps qui a ensuite été tourné à très grande vitesse. Crédit :Université du Sussex
Des recherches menées par un scientifique de l'Université du Sussex ont bouleversé une loi de la physique vieille de 156 ans dans un développement qui pourrait conduire à une recharge plus efficace des batteries dans les voitures et les téléphones portables.
Dr Jordi Prat-Camps, chercheur à l'Université du Sussex, a démontré pour la première fois que le couplage entre deux éléments magnétiques peut être rendu extrêmement asymétrique. En collaboration avec des collègues de l'Académie autrichienne des sciences et de l'Université d'Innsbruck, La recherche du Dr Prat-Camps déchire le livre des règles de la physique en montrant qu'il est possible de connecter un aimant à un autre sans que la connexion se produise dans la direction opposée.
Les résultats vont à l'encontre des croyances établies de longue date sur le couplage magnétique, qui émergent des quatre équations de Maxwell remontant aux travaux fondateurs de Michael Faraday et James Clerk Maxwell au 19ème siècle.
Le Dr Prat-Camps a déclaré :« Nous avons créé le premier appareil qui se comporte comme une diode pour les champs magnétiques. Les diodes électriques sont si cruciales qu'aucune des technologies électroniques existantes telles que les micropuces, les ordinateurs ou les téléphones portables seraient possibles sans eux. Si notre résultat pour les champs magnétiques avait un millionième du même impact que les développements des diodes électriques, ce serait un succès énorme. La création d'une telle diode ouvre de nombreuses nouvelles possibilités à explorer pour d'autres scientifiques et techniciens. Grâce à notre découverte, nous pensons qu'il pourrait être possible d'améliorer les performances des technologies de transfert d'énergie sans fil pour améliorer l'efficacité de la recharge des téléphones, ordinateurs portables et même des voitures."
La percée du Dr Prat-Camps s'appuie sur les recherches que lui et ses collègues ont menées pendant un certain nombre d'années en se concentrant sur le contrôle et la manipulation des champs magnétiques par l'utilisation de métamatériaux. Récemment, le Dr Prat-Camps et ses collaborateurs ont développé de nouveaux outils pour contrôler le magnétisme, notamment des capes d'indétectabilité magnétique, concentrateurs magnétiques et trous de ver.
Alors que d'autres chercheurs travaillant avec d'autres types de métamatériaux exploraient la possibilité de rompre la réciprocité pour les ondes lumineuses et sonores, Le Dr Prat-Camps a exploré si le même défi pouvait être appliqué aux champs magnétiques.
Après plusieurs tentatives infructueuses pour rompre la réciprocité magnétique, l'équipe a décidé d'essayer d'utiliser un conducteur électrique en mouvement. En résolvant analytiquement les équations de Maxwell, les chercheurs ont très vite démontré que non seulement la réciprocité pouvait être brisée mais que, le couplage pourrait être rendu asymétrique au maximum, où le couplage de A à B serait différent de zéro mais de B à A, il serait exactement nul. Ayant montré que le couplage unidirectionnel total était théoriquement possible, l'équipe a conçu et construit une expérience de validation de principe qui a confirmé leurs découvertes.
Dr Jordi Prat-Camps avec la maquette de son expérience Crédit :University of Sussex
Le Dr Prat-Camps a déclaré :« Le couplage magnétique entre des aimants ou des circuits est quelque chose d'extrêmement bien connu. Il remonte aux travaux fondateurs de Faraday et Maxwell et il est profondément ancré dans les quatre équations de Maxwell qui décrivent tous les phénomènes électromagnétiques. la grande majorité des technologies sur lesquelles nous nous appuyons aujourd'hui sont basées sur le couplage magnétique, y compris les moteurs, transformateurs, antennes basse fréquence et dispositifs de transfert d'énergie sans fil. Pour autant que nous sachions, personne avant nous n'a pensé à demander si cette symétrie pouvait être brisée et dans quelle mesure. »
Les chercheurs espèrent que les résultats pourraient avoir de larges implications. La technologie reposant sur le transfert d'énergie sans fil à base magnétique comprend la grande majorité des appareils électroniques quotidiens tels que les téléphones portables et les ordinateurs portables.
Les physiciens d'Innsbruck Oriol Romero-Isart et Gerhard Kirchmair ont déclaré :« Si le couplage entre les bobines est symétrique, une partie de l'énergie peut également circuler dans la direction opposée, ce qui peut réduire considérablement l'efficacité du transfert. En utilisant une diode magnétique pour empêcher ce reflux, l'efficacité du transfert pourrait être grandement améliorée."
