aimants puissants

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    heAimAnts puissAnts LA science en chAmps mAgntiques intenses

  • 1

    32

    4

    1 hFmL nimgue

    2 Lncmi toulouse

    3 Lncmi grenoble

    4 hLD Dresde

    3

    Bienvenue Au LABorAtoire europen Des chAmps mAgntiques

    Les champs magntiques sont des outils puissants pour tudier les proprits de la matire. ils sont aujourdhui devenus indispensables dans de nombreux domaines de la recherche. La mission de lemFL est de gnrer les champs magntiques les plus intenses possibles pour les mettre la disposition de la recherche et de la communaut scientifique.

    situs au cur de leurope, les trois laboratoires europens de champs magntiques intenses cooprent au sein dune organisa-tion unique : lemFL - european magnetic Field Laboratory. Des chercheurs viennent du monde entier pour utiliser les aimants exceptionnels de lemFL et y mener leurs recherches en champs magntiques extrmes. Les champs intenses de lemFL aident les scientifiques rvler, parfois de manire inattendue, les propri-ts de la matire et des lectrons qui la composent. Des champs intenses peuvent aussi tre utiliss pour annuler la gravit ! inutile daller chercher lapesanteur dans lespace si vous disposez dun aimant suffisamment puissant.

    Les expriences en champs intenses sont des outils permettant de mieux comprendre la matire qui nous entoure. grce aux champs magntiques, on peut laborer des matriaux nouveaux dans le but de comprendre leurs proprits fondamentales et les optimiser pour diffrentes applications. La recherche sur la matire est sou-vent lorigine dinnovations stimulantes pour lconomie, appor-tant des solutions technologiques originales aux problmes de la socit actuelle. pensez par exemple un archivage des donnes plus conome en nergie, des panneaux solaires, des capteurs, et la liste est longue.

    Seize Prix Nobel de PhySique, Chimie et mdeCiNe SoNt liS la reCherChe eN ChamPS magNtiqueS.

    sommAire

    Bienvenue 3Dompter des forces extrmes 4Le magntisme dans votre quotidien 5Les champs magntiques intenses 8Accueillir les meilleurs scientifiques 11utilisateurs internationaux 12Former les jeunes chercheurs 14prix nobel : sir Konstantin novoselov 16La science et lconomie 19une exprience concrte 20contact 23

    uNe CollaboratioN euroPeNNe

    liNNovatioN

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    Les forces agissant au sein des aimants EMFL sont incroyablement grandes. Dans un champ magntique intense denviron 100 teslas, la force magn-tique lintrieur du conducteur peut engendrer une pression de 40 000 fois la pression atmosphrique. Cependant, il faut garder lesprit que ces aimants sont des outils de recherche et que leur utilit ne dpend pas uniquement de lintensit du champ magntique. Dautres facteurs, tels que la dure dune impulsion ou la taille disponible lintrieur de la bobine, sont essentiels la ralisation dexpriences de pointe en champs magntiques.

    Des aimants et gnrateurs pulss transportables produisant un champ jusqu 40 teslas sont dvelopps par le laboratoire emFL de toulouse pour tre combins de larges sources de neutrons, rayons X ou laser. Les expriences de neutron et synchrotron en champs pulss permettent de rvler les proprits microscopiques de la matire. ces expriences sont conduites en collaboration entre lemFL et plusieurs grandes instal-lations de pointe dans leurs domaines, comme linstitut Laue Langevin (iLL) et leuropean synchrotron radiation source (esrF) de grenoble en France, deux exemples dinfrastructure de recherche europenne.

    Les champs magntiques peuvent contribuer vaincre le cancer. ils ne sont pas seulement utiliss dans les irm (imagerie par rsonance magn- tique) pour localiser les tumeurs les chercheurs de lemFL veulent les utiliser afin de trouver une alternative compacte et bon-march aux systmes actuels de thrapie. Des aimants champs pulss dvelopps et construits dans les laboratoires de lemFL pourraient tre utiliss pour diriger les rayons prcisment sur la tumeur et dcharger lnergie lendroit exact. cependant, beaucoup de travaux de recherche sont encore effectuer avant que ces dveloppements ne conduisent des applications pour les hpitaux et les patients.

    en collaboration avec des partenaires industriels, les chercheurs de lEMFL cherchent comment former, assembler et souder des mtaux qui ne peuvent normalement pas ltre. Comment font-ils ? En utilisant des impulsions courtes et intenses de champ magntique, on peut induire dimportantes forces compressives sur les matriaux. Du fait des dfor-mations qui en rsultent, il est possible dutiliser les champs pulss pour assembler et souder des pices entre elles. ce procd peu consomma-teur dnergie, a un potentiel conomique et environnemental important.

    pArmi BeAucoup DAutres choses, Les chercheurs De LemFL domPteNt deS forCeS extrmeS

    CombatteNt le CaNCer

    CreNt deS mtaux

    CreNt deS aimaNtS Pour dautreS graNdeS iNfraStruCtureS de reCherChe euroPeNNeS ou NatioNaleS

    Les champs magntiques ont t utiliss pour tudier certains matriaux constituant les tl- phones portables. Le processeur du tlphone est constitu de minuscules transistors de quelques nanomtres. Lcran qui affiche nos photos est com-pos dun film mince, au sein duquel des lectrons en mouve-ment permettent de contrler les couleurs et davoir une image extrmement brillante. Enfin, la mmoire du tlphone est faite de matriaux dvelopps grce aux acquis de la recherche fon-damentale en magntisme.

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    Le mAgntisme DAns votre quotiDien

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    dr. KamraN behNia LABorAtoire De physique et DtuDe Des mAtriAuX, pAris

    Depuis vingt ans, jexplore comment lentropie est porte par les lectrons voyageant dans un corps solide. un des phnomnes particulirement intressants est leffet Nernst. Cest une tension minuscule qui est induite lorsquun matriau est travers par un flux de chaleur en prsence dun champ magntique. Leffet Nernst est particulirement significatif dans les semi-mtaux tels que le bismuth et le graphite, du fait de leur faible concentration en lec-trons de conduction. Dans ces solides, un seul lectron mobile est partag par plusieurs milliers datomes et est associ une longueur donde considrable. De plus, chacun de ces lectrons est extrme-ment mobile et peut porter beaucoup dentropie.

    Mon groupe de recherche est un utilisateur frquent des installations de champs magntiques de lEMFL o lon peut tudier leffet Nernst, car nous avons besoin de champs magntiques trs intenses pour nos tudes. Le champ magntique confine les lectrons sur des orbites quantifies. Plus le champ magntique est important, plus lorbite est petite. une situation trs intressante survient quand le rayon de cette orbite devient comparable la longueur donde de llectron. cest la limite quantique, o les personnalits particule et onde de llectron se heurtent lune lautre. nos expriences sur leffet Nernst ont prouv que dans ce contexte se dveloppe une physique non-triviale, qui peut tre compare un puzzle complexe avec de nombreuses pices quil faut remettre en place.

    ces dernires annes, nous avons men des expriences sur des systmes multiples allant des supraconducteurs aux isolants au sein des installations de classe mondiale de grenoble, toulouse et nimgue. nos htes locaux ont non seulement mis notre disposition leurs ai-mants puissants mais aussi leur savoir-faire technique admirable. Nous apprcions cet environnement ouvert et amical envers des utilisateurs qui, notre instar, cherchent mettre en uvre de nouvelles tech-niques exprimentales en champ magntique intense. A lavenir, nous esprons continuer utiliser rgulirement les installations de lemFL.

    Les gnrateurs des laboratoires EMFL de Toulouse et Dresde sont capables de produire lnorme courant ncessaire la production de champs magntiques intenses pulss.

    Cyri

    l Fr

    sillo

    n / C

    NR

    S

    Pourquoi le magntisme est-il si utile pour la recherche ?

    Chacun dentre nous a dj jou avec un aimant et a vu comment il attire distance les matriaux en fer. Un champ ma-gntique agit sur la matire en changeant lorbite et le spin des lectrons. On peut ainsi modifier et contrler les proprits des matriaux, ce qui est intressant la fois pour la recherche et ses applications. Pour ces raisons, les champs magntiques sont aujourdhui devenus un outil de recherche indispensable. Les aimants sont aujourdhui utiliss rgulirement dans les quipe-ments mdicaux de diagnostic comme les scanners IRM. Les patients sont alors exposs un champ magntique 50.000 fois suprieur au champ magntique de la Terre.

    Que faut-il pour crer un chamP magntique ?

    Tout courant lectrique produit un champ magntique. En enroulant un cble pour en faire une bobine, on peut concentrer le champ magntique en son milieu. Pour crer un champ magntique trs intense, il faut injecter un norme courant lectrique.

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    Les chAmps mAgntiques permettent AuX chercheurs

    dexPlorer leS ProPritS de Nouveaux matriauxQuand Andr Geim et Konstantin Novoselov ont fabriqu manchester le premier chantillon de graphne une couche de carbone de lpaisseur dun atome ils sempressrent de traver-ser la manche pour venir explorer le