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Au delà de 100 T : Champs « Megagauss »

Au delà de 100 Tesla ...

Des champs magnétiques au delà de 100 T ne peuvent être créés que par une réduction drastique de la durée d’impulsion. Inévitablement, ils entraînent aussi la destruction de la bobine, ce qui n’empêche pas l’utilisation des champs Megagauss (1 Megagauss = 100 Tesla) pour des expériences scientifiques.

Le générateur Megagauss du LNCMI est une des trois plateformes mondiales qui utilisent la décharge de condensateurs dans une bobine mono-spire (BMS) pour créer des champs entre 150 et 250 T pour des applications scientifiques. Bien que des champs plus élevés puissent être créés avec des techniques basées sur la compression du flux magnétique, les BMSs ont l’avantage que la destruction de la bobine n’affecte pas le volume expérimental : échantillons, cryostats et autres équipements restent généralement intacts, ce qui permet la reproduction des expériences.

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Champs Megagauss au LNCMI

Le générateur Megagauss du LNCMI a été conçu et réalisé à l’université de Humboldt à Berlin dans les années 90, avant d’être transféré à Toulouse en 2006. Il est constitué d’un banc de condensateurs modulaire de 200 kJ qui peut être chargé jusqu’à 60 kV. Son champ record est de 331 T, obtenu dans une BMS de 3 mm de diamètre.

Pour réaliser des expériences scientifiques, des champs entre 150 et 260 T avec une durée d’environ 6 μs peuvent être créés dans des BMSs ayant un diamètre de 8 à 15 mm. L’accès aux basses températures dépend du diamètre de la bobine : des expériences à température d’Hélium liquide demandent des bobines d’au moins 12 mm, capable de produire des champs de près de 190 T. Une bobine de 8 mm permet toujours des expériences à température d’Azote liquide pendant qu’elle produit des champs aux alentours de 260 T. En principe, des expériences peuvent être réalisées tous les demi-heures.

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Techniques experimentales

La réalisation des expériences scientifiques dans une BMS est difficile, mais pas impossible. Les handicaps majeurs sont la durée d’impulsion assez courte, les tensions induites aux alentours de la bobine, et le bruit électromagnétique lié au déclenchement du banc de condensateurs. Grâce à l’évolution rasante de l’électronique rapide et de l’optoélectronique pendant les dernières décades, un nombre des techniques expérimentales a été toutefois adapté aux BMSs. A présent, des expériences optiques utilisant des détecteurs monolithiques sont possible dans plusieurs gammes de longueur d’onde entre 400 nm and 11 μm. Une autre technique bien établie sont des mesures d’aimantation utilisant des bobines captrices compensées.

Les développements actuelles au LNCMI se focalisent sur l’amélioration des expériences optiques dans deux sens : une extension de la gamme de longueurs d’onde vers le régime THz, et l’usage des barrettes de détecteurs dans le visible et le proche infrarouge.

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Membres d’équipe / contact : O. Portugall, O. Drachenko, A. Miyata