Recherche avec la lumière synchrotron

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 de l’Institut Paul Scherrer PSI ont filmé une machine moléculaire en mouvement grâce à la Source de Lumière Suisse SLS, et ainsi révélé comment fonctionne la production d’énergie au niveau des cellules membranaires. Ils ont développé à cet effet une nouvelle méthode qui pourrait permettre des succès inédits dans l’analyse des processus cellulaires.

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.

Fabia Gozzo n'est pas faite pour les zones de confort. Elle a commencé par positionner une ligne de faisceau du PSI, dont elle avait la charge à la Source de Lumière Suisse SLS, parmi les installations les plus performantes au monde. Aujourd'hui, elle met ses connaissances à la disposition de l'industrie par le biais de sa spin-off.

L'industrie de l'électronique attend d'un nouveau type de transistor de puissance en nitrure de gallium qu'il offre des avantages considérables par rapport aux transistors à haute fréquence qui sont utilisés aujourd'hui. Mais de nombreuses propriétés fondamentales du matériau ne sont pas encore connues. Pour la première fois, des chercheurs du PSI ont visionné un flux d'électrons dans le transistor en question. Pour ce faire, ils ont utilisé une des meilleures sources de rayons X mous au monde, qui se trouve à la Source de Lumière Suisse SLS du PSI.

Le 16 mai a été déclaré Journée internationale de la Lumière. Au PSI, l'exploitation de la lumière permet à la recherche de réaliser des progrès dans le domaine de la biologie et de la pharmacie. Elle sert aussi à développer de nouveaux matériaux pour le stockage de données et de nouvelles technologies médicales.

Des chercheurs du PSI ont découvert pourquoi il est difficile de lutter à basses températures contre les oxydes d'azote venant des émissions de moteurs diesel pour ainsi les épurer efficacement à l'avenir.

Une spin-off du PSI remporte le Swiss Technology Award 2017: la jeune entreprise GratXray développe une nouvelle méthode de diagnostic précoce du cancer du sein.

A l'Institut Paul Scherrer PSI, on radiographie des objets métalliques antiques avec des neutrons. Les chercheurs peuvent ainsi identifier ce qu'ils renferment, la manière dont ils ont été fabriqués et comment les conserver.

Des chercheurs du PSI ont développé une chambre d’expérience où ils reconstituent certains processus qui se jouent dans l’atmosphère et peuvent étudier ces derniers avec une précision inégalée grâce à de la lumière de type rayons X issue de la SLS. Lors de leurs premières expériences, ils ont étudié la formation du brome, qui joue un rôle essentiel dans la dégradation de l’ozone dans les couches inférieures de l’atmosphère. A l’avenir, cette nouvelle chambre d’expérience sera également mise à disposition de chercheurs d’autres disciplines scientifiques.

Federica Marone radiographie les objets avec des rayons X de haute intensité, Eberhard Lehmann avec des neutrons. Ces deux chercheurs ont ouvert aux paléontologues et aux archéologues de nouvelles perspectives sur le passé.

Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à visualiser les directions de l'aimantation dans un objet magnétique tridimensionnel. Les plus petits détails de leur visualisation mesuraient moins d'un dixième de millième de millimètre. Un type de motif exceptionnel est ressorti dans la structure qu'ils ont fait apparaître: des singularités magnétiques appelées points de Bloch, jusque-là connues uniquement en théorie.

En tant que composant de nombreux végétaux, la lignine existe en grandes quantités et pourrait théoriquement être exploitée comme matière première pour la fabrication de carburants et de produits chimiques. Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI et de l'ETH Zurich ont développé une méthode qui permet d'observer en détail les processus qui se jouent lors de la décomposition catalytique de la lignine. Les connaissances ainsi acquises permettront à l'avenir une amélioration ciblée des procédés de fabrication des produits recherchés.

Lors de l’extraction du pétrole, on se contente le plus souvent de brûler le méthane, alors qu’il pourrait utilement servir de matière première à la fabrication de certains carburants et produits de l’industrie chimique. Un moyen de rendre le méthane exploitable consiste à le transformer en méthanol. Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI et de l’ETH Zurich ont récemment développé un procédé qui permet de réaliser efficacement cette conversion à faible coût.