Recherche avec la lumière synchrotron

Au cours des prochaines années, la Source de Lumière Suisse SLS fera l’objet d’un upgrade: la SLS 2.0. Cette transformation rendue possible par de la technologie dernier cri donnera une grande installation de recherche à la hauteur des besoins des chercheurs pour les prochaines décennies.

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.

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 de l’Institut Paul Scherrer PSI ont, en collaboration avec des collègues de la firme pharmaceutique F. Hoffmann-La Roche SA, franchi un pas important dans le développement d’une substance active contre la formation des métastases de certaines tumeurs cancéreuses. Grâce à la Source de Lumière Synchrotron Suisse SLS, ils ont déchiffré la structure d’un récepteur qui joue un rôle essentiel dans la migration des cellules cancéreuses.

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.