22/10/2014 - Les chercheurs de l'ICMA révolutionnent les techniques de refroidissement dans les appareils de résonance magnétique, les satellites ou les mixeurs d'hydrogène et de gaz naturel

Menéame

Une équipe internationale de chercheurs avec des scientifiques du Institut de science des matériaux d’Aragon  (ICMA, centre mixte du CSIC et de l’Université de Saragosse) refroidir en dessous de -272,15 degrés Celsius (juste au-dessus du zéro absolu qui est -273,15 °C) utilisant des molécules magnétiques.

La découverte vient de paraître la prestigieuse revue "Nature Communications" et révolutionnera les techniques de refroidissement utilisées dans les appareils à résonance magnétique, les satellites ou les mixeurs d’hydrogène et de gaz naturel (impossible à transporter) entre autres, en réduisant considérablement leur coût.

Pour ce travail, les scientifiques de Saragosse ont développé une technique innovante et efficace de "refroidissement sub-kelvin"sur la base de l’utilisation de la molécule-aimant Gd7, qui a un magnétisme qui triple celui du fer, une structure semblable à celle d’un flocon de neige et des particularités dans son comportement qui font doubler l’efficacité des méthodes utilisées jusqu'ici basées sur l’isotope Helio-3..

Toutefois, le gaz réfrigérant Helio-3 n’existe pas dans la nature, produit artificiellement dans des réacteurs nucléaires et en 2012 il était environ 5.000 € par gramme. On estime qu’il n’y a que 30 kilos dans le monde entier et que celui qui a Helio-3 ne le vend pas, ce qui signifie qu’il y a pas de marché. En outre, étant un gaz, il finit par s’évader dans l’atmosphère, et il est impossible de le récupérer.

Un gramme de Gd7 produit en laboratoire ne coûte pas plus de 100 euros, peut être synthétisé en grandes quantités et même le prix diminuerait beaucoup si elle était produite de manière industrielle. C’est un solide qui n’est ni perdu ni endommagé et son efficacité est deux fois plus grande que celle du gaz: pour obtenir le même refroidissement, on dépense la moitié de l’énergie. Il double même l’efficacité des systèmes et prototypes actuels de refroidissement magnétique à basse température utilisant d’autres matériaux connus depuis 20 ans.

El Professeur Palais et le Dr Evangelisti ont développé dans les laboratoires de basse température de l’ICMA, centre mixte du CSIC et de l’Université de Saragosse, un système original de mesure qui permet d’observer de manière directe, et de vérifier expérimentalement, les propriétés réfrigérantes du Gd7. Une technique novatrice qui obtient plus de précision que les mesures magnéto-thermales conventionnelles, qui se limitent à des estimations indirectes.

Le professeur McInnes et son groupe de recherche de la Université de Manchester, coauteurs du travail, ce sont eux qui ont réussi à synthétiser la molécule complexe qu’ils appellent "Gd7" pour simplifier. Les simulations par ordinateur du groupe du professeur Schnack, de l’Université allemande de Bielefeld et aussi coauteur, montrent que la diminution progressive du champ magnétique appliqué rend cette molécule d’abord refroidie, puis chaude et finalement refroidie jusqu'à une température minimale, très proche du zéro absolu sur l’échelle Kelvin. Ce comportement complexe diffère et améliore les performances de l’hélio-3 et a été testé expérimentalement à l’ICMA de Saragosse. 

Pour plus d’informations:

“Quantum signatures of a molecular nanomagnet in direct magnetocaloric measurements”, Joseph W. Sharples, David Collison, Eric J.L. McInnes, Jürgen Schnack, Elias Palacios, Marco Evangelisti, Nature Communications.

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Presse UNIZAR

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