28/05/2013 - Les chercheurs parviennent à générer la < < chispa > > , afin de produire du feu magnétique et d'étudier la dispersion de leur énergie.

Menéame

La propagation de l’appel feu magnétique dans certains systèmes, s’avère être « le seul processus de combustion contrôlé par des lois quantiques connu dans la nature », précise Javier Tejada, professeur de physique de la matière condamnée de l’UB et l’un des auteurs d’un travail publié récemment dans la revue Physical Review Letters (PRL), où l’on révèle la manière dont l’énergie est maintenue et étendue dans des matériaux magnétiques, par un processus similaire à celui des incendies de forêt.

Le travail, réalisé par des chercheurs de la Université de New York(NYU), la Universitat de Barcelone, l’Université de New York (CUNY) et l’Université Floride (UF) ont également permis de contrôler les paramètres de la réaction par l’ajustement des champs magnétiques. D’autre part, ces réactions sont pertinentes dans la conception des matériaux magnétiques pour les applications de stockage d’énergie, car le feu magnétique peut entraîner une libération rapide et contrôlée de l’énergie stockée, produisant des émissions significatives d’énergie par exemple dans un générateur électrique.

Les incendies de forêt s’étendent à cause d’une flamme ou d’une étincelle initiale qui chauffe une substance - un tronc ou une branche -, qui provoque la combustion et libère la chaleur qui propage le feu à d’autres troncs ou branches, transformant ainsi une petite étincelle en un processus auto-assiégé et, dans ce cas, dévastateur et irréversible.

Dans le cas des matériaux magnétiques, les chercheurs sont parvenus à la conclusion qu’il fallait aussi une <'chispa » , qui commence lorsque l’orientation des épines, équivalentes aux pôles magnétiques des atomes, est inversée dans le matériau. La différence dans ce cas est qu’en fin de compte le matériel est maintenu; mais avec tous les spins investis par rapport à leur orientation initiale, ce qui, à la différence des incendies de forêt, permet de relancer le processus dans une direction contraire, c’est-à-dire que le processus est réversible. Il convient de souligner que ces processus se trouvent souvent dans la nature; c’est le cas, par exemple, de la croissance des cellules ou de la diffusion de l’information « Ça » , explique Ferran Macià, coauteur du travail et actuellement chercheur postdoctoral à la CNYU dans le cadre de la collaboration de cette université avec l’UB.  

La déflation magnétique quantique

Les premières expériences qui ont mis en évidence l’existence du feu magnétique remontent à huit ans, grâce au travail du groupe de Myriam P. Sarachick, professeur de physique de la CUNY. À la suite de ces travaux, le groupe de chercheurs de l’UB a découvert l’appel déflation magnétique quantique.

Dans cette étude, soulignée dans le magazine PRL avec un article d’opinion (viewpoint), les scientifiques ont en outre déterminé que «dans les matériaux magnétiques variables, l’énergie d’activation responsable du déclenchement de la réaction peut être contrôlée par des champs magnétiques, permettant ainsi des études systématiques des mécanismes physiques de flux d’énergie » , comme le note Saül Vélez, doctorat par l’UB et actuellement chercheur postdoctoral à l’Association Centre de recherche coopérative sur les nanosciences (CIC nanoGUNE) de San Sebastian. Ce comportement diffère, par exemple, du cas des combustions chimiques, dans lesquelles des paramètres tels que l’énergie d’activation ou l’énergie libérée peuvent difficilement être contrôlés.

Pour réaliser ce contrôle, les chercheurs ont produit une « chispa » , par une configuration d’épines, équivalente à l’effet chimique d’une allumette. Pour ce faire, on utilise des petits cristaux individuels d’un aimant moléculaire qui peut être magnétisé de manière similaire à une boussole. Grâce à un pouls de chaleur agissant comme étincelle, les molécules voisines sont retournées dans la direction du champ magnétique, provoquant ainsi la libération de l’énergie et sa propagation aux molécules voisines. En outre, « Dans ces nouvelles expériences, nous avons été en mesure de contrôler la vitesse de ce processus par l’ajustement du champ magnétique afin de déterminer dans quelles conditions l’énergie est libérée et comment se propage le 'Macià » , note Macià.

Ces résultats sont passionnants, et nous envisageons maintenant d’étudier et de mieux comprendre les situations dans lesquelles le feu magnétique commence spontanément, sans une étincelle, note Andrew Kent, professeur de physique de la NYU et directeur du laboratoire dans lequel les expériences ont été réalisées.

L’équipe de l’UB, dirigée par Javier Tejada, a également déterminé que la propagation du feu magnétique se produit dans une grande variété de matériaux, et qu’elle s’accompagne dans certains cas de changements rapides de la résistance électrique ou de la structure cristallographique. Dans le premier cas, on constate qu’à mesure que le feu magnétique se propage, le matériau passe d’un isolant électrique à un conducteur; dans le second cas, et comme l’explique Tejada, on constate que, selon le feu magnétique, ce feu <'va détruit la structure de la >'casa » , dans ce cas l’aménagement des atomes du solide, et il construit une "casa « avec une nouvelle structure, qui équivaudrait à un nouvel ordre des atomes > " > . 

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Article premier

P. Montedi, S. Vélez, F. Macià, S. Li, M. P. Sarachik, J. Tejada, S. Mukherjee, G. Christou et A. D. Kent. :Onset of a Propagating Self-Sustained Spin Reversal Front in a Magnetic System». Physical Review Letters, mai 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.207203

Article d’opinion
Je-Geun Park et Carley Paulsen.Viewpoint: Fire in a Quantum Mechanical Forest- , c’est ça. Physics, mai 2013. DOI: 10.1103/Physics.6.55

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Universitat de Barcelone

Image: A. D. Kent, UNY

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