Les chercheurs explorent le potentiel glacé d'un nouveau matériau de refroidissement à l'état solide

ParisLes scientifiques du laboratoire national Oak Ridge du département de l'Énergie ont réalisé d'importants progrès dans la compréhension de la façon dont la chaleur se déplace dans les matériaux au niveau atomique. Cette découverte est cruciale pour l'amélioration des technologies de refroidissement à l'état solide, applicables dans de nombreux domaines. Voici les points clés de cette recherche :

• Étude d'un alliage magnétique à mémoire de forme : nickel-cobalt-manganèse-indium.
• Utilisation d'instruments de diffusion de neutrons pour l'analyse.
• Concentration sur l'effet magnétocalorique du matériau.
• Découverte de nouvelles perspectives sur les modes hybrides localisés magnon-phonon.

Les systèmes de refroidissement traditionnels utilisent des réfrigérants et des pièces mobiles. Ces systèmes peuvent être nocifs pour l'environnement et ne pas fonctionner de manière optimale. Le refroidissement à l'état solide est différent car il emploie des matériaux spéciaux pour absorber et libérer la chaleur sans pièces mobiles ni fluides nuisibles. Cette nouvelle méthode peut être plus efficace et plus silencieuse.

L'équipe de recherche de l'ORNL a étudié un matériau composé de nickel, cobalt, manganèse et indium. Ce matériau pourrait être utile pour le refroidissement à l'état solide car il a la capacité de changer de forme et de retrouver sa forme originale grâce à une transition de phase. Cette transition peut se produire en chauffant le matériau ou en appliquant un champ magnétique. Lors de cette transition, le matériau absorbe et libère de la chaleur, un phénomène connu sous le nom d'effet magnétocalorique.

Une découverte clé est l'impact des conditions désordonnées dans le matériau, appelées états vitrés ferroïques. Ces états ressemblent aux phases de verre de spin et de verre de déformation mais sont encore plus désordonnés. Dans la phase de verre de spin, les moments magnétiques atomiques sont orientés de manière aléatoire. Dans la phase de verre de déformation, le réseau atomique est irrégulièrement déformé. Ces états désordonnés sont importants car ils peuvent améliorer la capacité du matériau à stocker et libérer de la chaleur.

Les scientifiques ont utilisé des techniques de diffusion des neutrons pour examiner de près la structure atomique. Ils ont découvert que dans ces états désordonnés, les ondes de spin et les vibrations interagissent dans de petites zones. Ces modes combinés d'ondes de spin et de vibrations influencent les propriétés thermiques du matériau. L'application d'un champ magnétique impacte fortement ces modes, modifiant ainsi la stabilité et le comportement thermique du matériau.

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Michael Manley d'ORNL a expliqué que la capacité de refroidissement du matériau est trois fois supérieure grâce aux interactions de la chaleur spécifique. Cette amélioration permet au matériau de stocker plus de chaleur et de la libérer plus efficacement au moment voulu.

La recherche propose de nouvelles méthodes pour améliorer les matériaux de refroidissement. En apprenant à maîtriser ces modes mixtes, les scientifiques peuvent créer des matériaux capables de mieux stocker et libérer la chaleur. Cela pourrait conduire à des systèmes de refroidissement plus performants pour l'électronique, les véhicules et d'autres applications courantes.

Cette étude a été financée par la Division des Sciences des Matériaux et de l'Ingénierie du Département de l'Énergie (DOE). Les expériences de diffusion neutronique ont été réalisées au Réacteur à Haut Flux et à la Source de Neutrons par Spallation à l'ORNL. L'Institut National des Standards et de la Technologie a également fourni des installations de recherche.

La réfrigération à l'état solide pourrait révolutionner la manière dont nous refroidissons nos appareils et nos espaces. Avec davantage de recherche, l'objectif est de développer des matériaux capables de gérer efficacement la chaleur sans les inconvénients des méthodes traditionnelles.