Des chercheurs révèlent les secrets d'un matériau de refroidissement à la pointe de la technologie

ParisDes chercheurs du Oak Ridge National Laboratory ont réalisé une avancée significative dans la technologie de refroidissement. Ils ont étudié un nouveau matériau de refroidissement au niveau atomique. Ce matériau peut rendre les systèmes de refroidissement plus efficaces pour des applications comme le stockage des aliments, les voitures et les appareils électroniques. Cette nouvelle méthode n'utilise ni réfrigérants classiques ni pièces mobiles.

Des scientifiques ont étudié un alliage composé de nickel, de cobalt, de manganèse et d'indium capable de se déformer puis de retrouver sa forme initiale. Ce phénomène se produit lorsque la température augmente ou sous l'effet d'un champ magnétique.

Voici quelques points clés de cette recherche:

• Le refroidissement à l'état solide est une technologie émergente.
• Elle est respectueuse de l'environnement et évite les réfrigérants traditionnels.
• Le matériau étudié est un alliage à mémoire de forme magnétique.
• La recherche s'est appuyée sur des instruments de diffusion neutronique.

Lorsqu'un alliage est soumis à un champ magnétique, il change de phase tout en absorbant et libérant de la chaleur. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet magnétocalorique, permet de réfrigérer sans pièces mobiles. L'équipe de l'ORNL a découvert que la capacité de refroidissement de cet alliage se trouve augmentée de trois fois grâce à la chaleur générée dans les modes hybrides magnon-phonon locaux.

Cet alliage s'approche d'un état nommé l'état de verre ferroïque, ce qui améliore sa capacité à stocker et à libérer de la chaleur. Dans de petites zones du matériau, les magnons (ondes de spin) et les phonons (vibrations) interagissent; ces zones sont appelées modes hybrides localisés magnon-phonon. Les scientifiques ont découvert que ces modes modifient le comportement des phonons lorsqu'un champ magnétique est appliqué et influencent également la stabilité de phase du matériau.

Le matériau peut devenir désordonné de deux manières, appelées spin glass et strain glass. Dans le spin glass, les moments magnétiques des atomes sont orientés aléatoirement. Dans le strain glass, le réseau atomique est déformé à l'échelle nanométrique. Ces conditions de désordre emprisonnent la chaleur dans des états vibratoires localisés. Appliquer un champ magnétique peut libérer la chaleur accumulée.

La diffusion des neutrons révèle que la chaleur dans certaines modes locales de magnons-phonons améliore la capacité de refroidissement, explique Michael Manley, le leader de l'étude à l'ORNL. Cette découverte pourrait aboutir à de meilleurs matériaux pour le refroidissement à l'état solide.

Cette recherche a été financée par la Division des sciences des matériaux et de l'ingénierie du Bureau des sciences du DOE. Une partie des expériences de diffusion neutronique a été réalisée au Réacteur à Haut Flux d'Isotopes et à la Source de Neutrons par Spallation à l'ORNL. L'Institut National des Normes et de la Technologie a également fourni des installations pour la recherche neutronique.

Cet alliage à mémoire de forme magnétique peut absorber la chaleur de manière efficace. Cela pourrait permettre le refroidissement à l'état solide sans recourir aux réfrigérants traditionnels ou aux pièces mécaniques. Les découvertes de l'équipe ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer la technologie de réfrigération.