Des physiciens construisent le premier tuyau magnétique au monde pour transmettre des champs magnétiques

L'une des propriétés les plus importantes des ondes électromagnétiques est qu'elles peuvent être transmises sur une distance presque illimitée. Cependant, on ne peut pas en dire autant des champs magnétiques.

L'impact du magnétisme dans la science est limité par une restriction apparemment insurmontable : les champs magnétiques décroissent rapidement avec la distance des sources, disent Carles Navau de l'Université autonome de Barcelone et quelques amis.

Cela semble devoir changer. Ces gars disent qu'ils ont découvert comment transmettre des champs magnétiques sur de longues distances à l'aide d'un « tuyau magnétique ». Ils ont même démontré la technique pour la première fois avec un dispositif de preuve de principe.

Les chercheurs ont tenté de transmettre des champs magnétiques sur de courtes distances pendant de nombreuses années. Les transformateurs, par exemple, utilisent des matériaux ferromagnétiques à haute perméabilité pour transmettre des champs magnétiques, mais uniquement sur de courtes distances car le champ décroît rapidement.

Mais les nouveaux matériaux offrent une approche alternative. Ces dernières années, les physiciens ont commencé à expérimenter de nouvelles technologies capables de manipuler les champs électromagnétiques avec une flexibilité beaucoup plus grande. L'optique dite de transformation permet à ces champs d'être courbés, tordus et dirigés d'une manière qui était impossible il y a quelques années à peine. L'astuce consiste à créer des matériaux sur mesure – des métamatériaux – qui interagissent avec les champs à une échelle inférieure à la longueur d'onde, en les guidant de manières spécifiques et prédéterminées.

Navau et co soulignent qu'un champ magnétique statique peut être considéré comme une onde avec une longueur d'onde infinie, donc en théorie, il devrait être possible de le contrôler avec un métamatériau de la même manière que les ondes électromagnétiques.

Une partie de leur article est consacrée à l'exploration des propriétés d'un tel matériau et de la façon dont il pourrait être construit.

Leur conclusion est qu'un tuyau magnétique composé de tubes concentriques de matériaux supraconducteurs et ferromagnétiques devrait faire l'affaire. Ils disent qu'un tube composé de 20 anneaux concentriques environ dix fois plus longs que larges devrait transmettre environ 90 % d'un champ magnétique d'un bout à l'autre. En effet, un tube de seulement 2 anneaux concentriques devrait transmettre environ 75 pour cent.

Ces gars-là ont testé cette idée avec un seul tube supraconducteur de 7 cm de long (fait de BiPbSrCaCuO) et rempli d'un alliage ferromagnétique (de cobalt et de fer).

Au cours de leur expérience, ils ont découvert que ce tube était fissuré à mi-chemin sur sa longueur, ce qui permettait à tout champ magnétique qu'il transportait de s'échapper.

Ils ont placé une bobine sur l'un des tubes qui a généré un champ magnétique de 1,3 mTelsa. Ils ont ensuite mesuré le champ s'échappant de la fissure à 0,8 mT. C'est nettement plus élevé que sur le terrain sans le tuyau. Le champ magnétique a été guidé à travers le tuyau magnétique [supraconducteur-ferromagnétique] de la source de la bobine jusqu'au point de fissure, où il s'échappe vers l'extérieur du tuyau, selon Navau and co.

La capacité de transmettre des champs magnétiques sur des distances relativement longues pourrait avoir des applications importantes. En particulier, Navau et ses amis soulignent le potentiel des dispositifs d'information quantique, où les champs magnétiques sont cruciaux pour manipuler les bits quantiques. Cela pourrait être particulièrement pertinent dans le contexte des centres de défauts de couleur à manque d'azote dans un nanocristal de diamant, qui ont récemment été identifiés comme des systèmes prometteurs pour la mise en œuvre de processeurs d'informations quantiques, ou répéteurs quantiques, disent-ils.

On ne sait pas encore exactement comment ils pourraient construire et contrôler ces tuyaux magnétiques à cette échelle nanométrique. Mais il n'est pas impossible que ces appareils deviennent une technologie habilitante importante pour le traitement de l'information quantique à l'avenir.

Réf : arxiv.org/abs/1304.6300 : Tuyau magnétique : routage et transport longue distance des champs magnétiques

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