Un nouveau super-aimant aux terres rares bat tous les records

2. février 2022 | Technologies

Trois fois plus puissant que le détenteur actuel du record : des chercheurs ont créé sur la base de terres rares une nouvelle molécule aux propriétés hautement magnétiques. 

Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à combiner chimiquement les atomes d’éléments de terres rares (REE), créant ainsi l’aimant moléculaire le plus puissant connu à ce jour. Le groupe de recherche autour de Colin A. Gould de l’université de Californie à Berkeley a publié ses résultats dans le magazine Science. Le site Spektrum en présente un résumé en allemand.

Lorsqu’une matière contient de nombreux électrons célibataires, elle est particulièrement magnétique, car chacun d’entre eux fonctionne comme un aimant microscopique. L’effet magnétique est en revanche neutralisé dans le cas d’électrons appariés. Pour avoir des propriétés magnétiques, les électrons non appariés doivent par ailleurs afficher la même orientation. Les atomes de terres rares remplissent ces conditions, étant donné qu’ils comportent jusqu’à sept électrons non appariés qui tournent dans la même direction. Dans les principaux aimants aux terres rares, on met également en œuvre des métaux comme le fer, auquel les électrons se fixent, intensifiant l’orientation commune et ainsi le magnétisme. L’effet se trouverait encore renforcé si l’on utilisait à la place deux éléments de terres rares, par exemple le dysprosium ou le terbium. Or, un tel alliage était jusqu’à présent difficile à réaliser. La nouvelle molécule représente donc une première dans ce domaine.

La liaison entre les deux atomes de REE est cependant ici aussi tellement faible qu’un élément supplémentaire est requis.Trois atomes d’iode organisés en triangle et disposés entre les atomes de REE viennent la renforcer. Un électron apparié placé exactement entre les atomes de terres rares contribue par ailleurs à ce que tous les autres électrons s’orientent dans la même direction, ce qui accroit de manière impressionnante les propriétés magnétiques de la molécule. Toutefois, cet effet disparait relativement vite à des températures croissantes.

La force magnétique dépasse la capacité des instruments de mesure standard

La puissance de ce nouvel aimant moléculaire s’est entre autres manifestée lors de la mesure du champ coercitif. Plus ce champ est élevé, plus il est difficile de démagnétiser un aimant avec un champ magnétique extérieur. Avec 25 teslas, soit plus de trois fois le record actuel de 7,9 teslas, le nouveau matériau s’est montré au cours des tests bien plus résistant que d’autres molécules ou aimants permanents connus. Il se pourrait même que cette valeur soit encore plus élevée, car, selon les chercheurs, la puissance maximale du champ excède ce que peuvent actuellement mesurer les instruments standard.

La naissance d’une nouvelle génération de super-aimants ? 

Nicholas Chilton, de l’université de Manchester et membre du groupe de recherche, a expliqué dans Chemical & Engineering News que cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouveaux aimants permanents plus puissants et plus légers, même si les propriétés magnétiques ne se manifestent actuellement qu’à des températures très basses. Il estime qu’il devrait être possible d’agréger les molécules pour créer des aimants de plus grande taille dont les propriétés dépasseraient alors considérablement celles des super-aimants à base de néodyme. De minuscules unités de stockage de données à l’échelle du nanomètre sont également concevables. Les informations seraient dans ce cas enregistrées dans des molécules magnétiques individuelles.

Photo : iStock/GarryKillian

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