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Le monde merveilleux des matériaux merveilleux – High-teK.ca

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En juillet, des scientifiques de l’université de Darmstadt en Allemagne ont réussi à arrêter la lumière complètement à l’intérieur d’un cristal. Certains rayons de lumière (dans ce cas, d’un laser) filaient à la limite de vitesse universelle de 300 millions de mètres par seconde – puis, lorsqu’ils sont entrés dans le cristal, les ondes se sont tout simplement arrêtées. Ces photons peuvent rester stockés à l’intérieur et récupérés du cristal jusqu’à une minute, créant ainsi la première mémoire de lumière réalisable, à utiliser dans les réseaux quantiques à longue portée. Cette percée n’a été possible que grâce au cristal qu’ils ont utilisé – et le cristal a pu être créé grâce aux progrès récents de la science des matériaux.

Un joli cristal de quartzLa science des matériaux, parfois appelée génie des matériaux, est l’étude des propriétés de la matière. Plus succinctement, c’est l’étude de la façon dont la structure d’un matériau à l’échelle atomique affecte ses propriétés. Parce que la science des matériaux repose sur la capacité d’inspecter et de manipuler la matière à l’échelle nanométrique, et que nos machines et outils commencent tout juste à atteindre les niveaux de finesse et de fidélité nécessaires, il s’agit d’un domaine relativement nouveau. Ainsi, les dernières années ont été disproportionnellement passionnantes alors que les scientifiques et les ingénieurs découvrent enfin pourquoi et comment les matériaux se comportent comme ils le font – et peut-être plus important encore, utilisent leurs nouvelles connaissances pour créer de nouveaux matériaux qui se comportent de manière étrange et merveilleuse.

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Dans le cas du cristal à mémoire de lumière, le nouveau matériau utilisé est du silicate d’yttrium, dopé au praséodyme (un élément de terre rare). Nous discuterons du dopage plus en détail plus tard. Ce cristal a été spécialement conçu pour être transparent, mais uniquement lorsqu’il est frappé par un laser (transparence induite électromagnétiquement, ou EIT, si vous voulez connaître le terme technique). Lorsqu’il n’est pas éclairé, il devient opaque. Ainsi, la lumière provenant d’une deuxième source (telle que des données numériques introduites dans le cristal à partir d’un câble à fibre optique) peut être piégée à l’intérieur du cristal.

Assez merveilleux, vous pourriez penser, mais la science des matériaux nous a fourni tellement de matériaux semi-magiques au cours des dernières années que l’arrêt de la lumière semble presque banal. graphènenanotubes de carbone, molybdénite, métamatériaux, revêtements oléophobes auto-cicatrisants – ces matériaux, généralement appelés matériaux miracles, pourraient tout révolutionner, des puces informatiques à l’exploration spatiale, et même permettre la création de capes d’invisibilité.

Matériaux merveilleux

Parce qu’il existe un nombre presque infini de façons d’arranger les atomes et d’autres caractéristiques à l’échelle nanométrique (telles que de minuscules rainures et tourbillons à l’échelle nanométrique), les matériaux merveilleux peuvent assumer un certain nombre de propriétés étranges et merveilleuses. Le graphène, qui a à peine sauté un cycle de nouvelles depuis sa découverte en 2004, est le matériau le plus solide et le plus électriquement conducteur connu de l’homme – et pourtant il ne s’agit que d’une seule couche d’atomes de carbone, exfoliée mécaniquement (un euphémisme scientifique pour « enlevé avec un morceau de ruban adhésif ») à partir d’un morceau de graphite (comme trouvé dans votre mine de crayon).

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Cube d'invisibilitéMalgré ses caractéristiques fantastiques, les propriétés du graphène sont entièrement dues à la mère nature et à la liaison carbone-carbone omniprésente (sans laquelle la vie n’existerait pas). Les métamatériaux, en revanche, sont des matériaux qui ont été conçus pour avoir des propriétés qui n’existent absolument pas dans la nature, comme la réfraction négative. En créant des motifs et des chemins qui ont exactement la bonne forme et la bonne taille pour plier et tordre une fréquence spécifique d’ondes lumineuses, vous pouvez faire en sorte que la lumière se comporte de manière extrêmement particulière. Généralement, lorsque la lumière passe d’un milieu à un autre (par exemple, de l’air à l’eau), elle se réfracte toujours d’une manière très spécifique (faisant apparaître les choses sous l’eau, par exemple). La réfraction négative permet à la lumière d’être courbée dans le sens opposé, semblant se casser loi de Snellqui existe sous une forme ou une autre depuis plus de 1000 ans.

La découverte de la réfraction négative a conduit à la création de la première poignée de capes d’invisibilité, qui courbent de manière transparente la lumière et d’autres rayonnements électromagnétiques autour d’un objet. Ces capes ne sont pas encore pratiques – elles sont grandes et incapables de quitter le laboratoire – mais il ne faudra probablement pas longtemps avant que les métamatériaux ne vous fournissent un Cape d’invisibilité Harry Potter.

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