Les chargeurs de téléphones portables et autres appareils pourraient devenir beaucoup plus petits après qu'une équipe de physiciens de RIKEN ait réussi à réduire un composant électrique connu sous le nom d'inducteur à des dimensions microscopiques en utilisant un effet quantique.

Les inductances sont un composant de base des circuits électriques modernes, et ils sont utilisés dans un large éventail d'applications, y compris le traitement de l'information, circuits sans fil et chargeurs pour appareils mobiles. Ils sont basés sur la loi d'induction que le physicien anglais Michael Faraday a découverte en 1831. Mais alors que la physique a fait de grands progrès depuis lors, les principes fondamentaux des inducteurs restent essentiellement les mêmes - ce sont essentiellement des bobines de fil.

Contrairement à d'autres composants de circuits électriques, les inductances ont été difficiles à miniaturiser car la taille de leur inductance diminue avec leur volume, de telle sorte que si vous divisez par deux leur volume, l'inductance chute également de moitié.

Maintenant, Yoshinori Tokura, Tomoyuki Yokouchi et leurs collègues, le tout au RIKEN Center for Emergent Matter Science, ont généré une inductance équivalente à celle des inductances commerciales mais dans un composant dont le volume est environ un million de fois plus petit.

Ils y sont parvenus en utilisant un nouveau mécanisme de génération d'inductance qui dépend des effets quantiques. Les inductances basées sur ce mécanisme seront faciles à rétrécir car leur inductance augmente en fait avec la diminution de la section transversale.

"Nous avons découvert une inductance électromagnétique d'origine quantique, " dit Yokouchi. " Cela a un grand potentiel pour la miniaturisation des inducteurs, l'une des parties les plus fondamentales des circuits électriques contemporains."

L'un des auteurs, Naoto Nagaosa, avait précédemment proposé théoriquement un mécanisme totalement nouveau pour l'induction électromagnétique basé sur l'électromagnétisme émergent, une nouvelle forme d'électromagnétisme qui découle des propriétés de mécanique quantique des électrons de conduction dans des systèmes spécialement conçus. Dans la présente étude, l'équipe a réalisé cet effet en utilisant un aimant à l'échelle micrométrique. Les spins électroniques qui donnent lieu au magnétisme sont disposés en spirale, imitant les bobines d'un inducteur conventionnel.

Yokouchi note que le succès de l'étude reposait sur l'environnement collaboratif du RIKEN. « Une forte collaboration entre théoriciens et expérimentateurs était essentielle pour ce projet, " dit-il. En particulier, les expérimentateurs ont une grande expertise dans la fabrication de matériaux quantiques avancés.

L'inducteur nanométrique de l'équipe ne fonctionne qu'à très basse température, ils recherchent donc maintenant des matériaux qui se comportent de manière similaire à des températures élevées. "Pour les applications réelles, nous devons trouver un matériau générant une inductance émergente à et au-dessus de la température ambiante, " dit Yokouchi. " Nous avons déjà commencé à chercher les matériaux potentiels. "