Matière et matériaux

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI simulent et modélisent de grandes installations de recherche, mais aussi certaines expériences, par exemple en sciences des matériaux et en sciences de la vie. Andreas Adelmann, directeur du Laboratoire de simulation et modélisation, explique comment ils procèdent.

Traditionnellement, on vernit les violons pour les protéger de l’humidité et des autres influences extérieures. Une équipe de scientifiques a analysé au PSI l’impact de l’application de différents produits sur l’instrument. Leur conclusion: en aucun cas on ne devrait se passer complètement de vernis.

En combinant théorie, modélisation et calculs à haute performance, les chercheurs du Laboratoire de simulation et modélisation de l’Institut Paul Scherrer PSI résolvent les problèmes les plus complexes. De puissants ordinateurs leur permettent de simuler aussi bien les molécules les plus minuscules que les grandes installations de recherche.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI ont mis au point une méthode de diffusion des rayons X aux petits angles qui peut être utilisée pour le développement ou le contrôle qualité de matériaux composites novateurs renforcés de fibres. Grâce à elle, les analyses de ces matériaux pourraient se faire à l’avenir non seulement par recours aux rayons X issus de sources puissantes comme la Source de Lumière Suisse SLS, mais aussi avec le rayonnement issu de tubes à rayons X conventionnels.

Il ressemble à un oiseau de papier en origami, cet art japonais du pliage, et exploite la force des champs magnétiques pour se mouvoir. De minuscules machines semblables à ce microrobot pourraient, entre autres, être utilisées en médecine lors d’interventions chirurgicales.

Une sculpture en bronze de 3500 ans est analysée à la source de neutrons SINQ du PSI. Ce procédé offre aux restaurateurs un aperçu unique de l’intérieur de cet objet archéologique exceptionnel, ce qui est l’occasion d’en apprendre davantage sur sa réalisation.

La plus récente grande installation de recherche du PSI, le SwissFEL, est achevée. Elle a commencé à fonctionner normalement en janvier 2019. Henrik Lemke, responsable du groupe SwissFEL Bernina, tire un premier bilan.

Des chercheurs du PSI ont réussi pour la première fois à visualiser des champs magnétiques très puissants en utilisant des neutrons. Ces champs magnétiques étaient jusqu’à un million de fois plus puissants que le champ magnétique terrestre. La méthode va maintenant permettre d’étudier aussi des aimants déjà intégrés dans certains appareils, comme les appareils d’imagerie à résonance magnétique nucléaire et les alternateurs.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI ont observé avec une précision inégalée à ce jour des processus mécaniques qui se passent dans les batteries tout solides. Le recours à la tomographie aux rayons X à la Source de Lumière Suisse SLS leur a permis de découvrir le mode de propagation des fissures à l’intérieur des batteries. Leurs conclusions pourraient permettre d’améliorer la sécurité et la performance des batteries des voitures électriques et des smartphones.

Jusqu’ici, l’existence de particules d’un genre spécial appelées fermions de Weyl n’avait pu être démontrée que dans certains matériaux non magnétiques. Mais des chercheurs du PSI ont maintenant réussi pour la première fois à prouver expérimentalement leur présence dans un matériau paramagnétique particulier.

Des chercheurs du PSI prêtent main forte à la navigation spatiale européenne avec leurs radiographies neutroniques qui permettent de contrôler la qualité de certains composants décisifs pour le décollage des fusées.

Des chercheurs du PSI ont développé un matériau dont la mémoire de forme est activée par magnétisme. La médecine, la navigation spatiale, l’électronique ou encore la robotique constituent autant de domaines d’application pour ce nouveau type de matériaux composites.

Des chercheurs du PSI ont analysé à la Source de Lumière Suisse SLS un matériau cristallin innovant qui présente des propriétés électroniques encore jamais vues à ce jour. Ils ont entre autres réussi à détecter un nouveau type de quasi-particules appelées fermions de Rarita-Schwinger.

La Source de Lumière Suisse SLS a permis à des chercheurs du PSI de découvrir que certains groupes d’atomes se comportent comme une boussole qui indique l’est. Ce nouveau phénomène magnétique pourrait rendre les ordinateurs nettement plus performants.

L’électronique doit rapetisser, devenir plus rapide et surtout moins énergivore. Au PSI, plusieurs groupes de recherche se penchent aussi sur ces thématiques. Des améliorations graduelles à la réorientation totale: voici un aperçu de qui travaille sur quoi en ce moment.

Une nouvelle méthode développée par des chercheurs du PSI permet d’améliorer encore les radiographies de matériaux. Pour ce faire, les chercheurs ont déplacé une lentille optique et réalisé chaque fois une image individuelle. A partir de là, ils ont calculé une image globale à l’aide d’algorithmes informatiques.

Si l’on réduit le format des composants électroniques, malheureusement, ils chauffent. En termes de miniaturisation, la limite du techniquement faisable sera aussi bientôt atteinte. Au PSI, Gabriel Aeppli et Christian Rüegg travaillent à de nouvelles solutions physiques pour améliorer les performances des mémoires de données et des ordinateurs.

Le détecteur POLAR développé au PSI a recueilli depuis l’espace des données sur ce qu’on appelle des sursauts gamma. Elles vont permettre de mieux comprendre ces éruptions extrêmes de lumière de haute énergie.

Une prestigieuse bourse de l’Union européenne a été décernée à une équipe incluant trois chercheurs du Domaine des EPF. Les scientifiques ont reçu aujourd’hui le contrat signé de l’UE qui confirme ce financement exceptionnellement important de 14 millions d’euros. Ce montant va leur permettre d’étudier certains effets quantiques qui pourraient constituer l’épine dorsale de l’électronique du futur.

L'utilisation de matériaux multiferroïques devrait ouvrir la voie vers des ordinateurs plus économes en énergie. Avec eux, il suffirait en effet d'un champ électrique pour assurer le stockage magnétique des données. Des chercheurs du PSI viennent de rendre un matériau de ce genre utilisable aux températures de fonctionnement d'un ordinateur.