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Premier aimant 90 T au LNCMI-Toulouse

En parallèle avec nos bobines “classiques” de 60 et 70T nous poursuivons nos efforts pour mettre à disposition de nos utilisateurs des champs magnétiques plus intenses. Nous avons conçu et réalisé un nouvel insert pour notre système de bobines gigognes. Il a été testé jusqu’à 90.8T ce qui est le nouveau record de champ non destructif au LNCMI. Cet aimant complète notre collection à champ intenses avec l’insert 80T et notre bobine monolithique 80T. Le bobinage central est réalisé en composite cuivre/niobium de 6.5 mm² renforcé par des fibres Zylon (Toyobo). Le diamètre interne a été réduit de 14 mm pour l’insert 80 T à 9.5 mm. Le bobinage externe est inchangé et alimenté par notre banc de capacités 14MJ. Le nouvel insert l’est quant à lui par notre banc mobile 1.15MJ et pourra l’être à l’avenir par l’un des modules 3MJ de notre nouveau banc transportable 6MJ. Les expériences peuvent être conduites à température de l’azote liquide sous atmosphère d’hélium dans un diamètre de 7 mm. Les premiers résultats obtenus dans ces conditions sont présentés ci-dessous et démontrent le fonctionnement de l’aimant. Des températures jusqu’à 1.5K sont aussi possibles dans un diamètre de 4mm. La durée d’impulsion est la même qu’avec l’insert 80T soit 9.5 ms de 30T à 90T (Figure 1). Grâce à un refroidissement optimisé, le temps d’attente entre deux tirs à 90T est réduit à moins de 90 minutes. A ce jour, plus de 20 tirs au dessus de 80T ont été réalisés sans que le système ne montre de défaut ou de signes de fatigue. Nous continuons nos efforts pour offrir des impulsions toujours plus intenses, plus longues et avec de plus grands taux de répétition.

Figure 1 : Evolution temporelle du champ magnétique lors d’un tir à 90.8T mesurée in situ par une bobine « pick-up ». Encart : profil du champ au voisinage du maximum montrant l’impulsion générée par l’insert intérieur.

Nous présentons ci-dessous les premiers résultats obtenus avec ce nouvel aimant dans le cadre d’études très préliminaires sur des films pérovskite simples. Les cellules solaires à base de pérovskites à l’état solide ont récemment eu un impact considérable sur la recherche photovoltaïque [1-5]. En comparaison avec les cellules à colorant, elles ont démontré une efficacité de conversion remarquablement élevée (15%) [4-5], de larges bandes d’absorption et une tension en circuit ouvert Voc supérieure à 1.1V pour les cellules utilisant comme absorbant des pérovskites organométalliques halogénées CH3NH3PbI3-xClx. Les progrès ont été très rapides mais à ce jour on ne sait que peu de choses sur les propriétés électroniques fondamentales de ces pérovskites. En particulier il demeure de grandes incertitudes sur la masse effective des électrons et des trous ainsi que sur les énergies de liaison des excitons. Nous avons mesuré la transmission de la lumière blanche de nos échantillons en fonction du champ magnétique. Des spectres typiques sont présentés sur la Figure 2 qui montrent l’augmentation de l’énergie de liaison des excitons avec le champ magnétique. Figure 2 : Spectre de transmission d’un film fin de pérovskite en fonction du champ magnétique à 77K.

Références : 1. Lee, MM et al., Science 338, (2012), 643.

2. Ball, JM et al., Energy & Environmental Science, 6, (2013), 1739.

3. Liu, M ; Johnston, M. B. ; Snaith, H. J., Nature, 501 (2013) 395.

4. Stranks, SD et al., Science 342 (2013) 341.

5. Wang J T-W., et al., Nano Lett. In press (2013).