Politique Scientifique au niveau fédéral

Le Department of Energy supporte la recherche dans les hautes energies
DoE, 22 Novembre 2019
Le Department of Energy (DoE) investit 100 millions de dollars sur quatre ans dans la recherche en physique des hautes énergies. Ce plan de financement soutiendra par exemple la recherche théorique et expérimentale sur l’énergie noire et l’extension de l’univers, la détection des neutrinos ou l’interprétation de données de collisions issues d’accélérateurs de particules. L’appel à candidature sera ouvert aux universités, entreprises et organisations à but non lucratif.

Subvention des centres de recherche sur l’énergie du Department of Energy pour 2020
DoE, 19 Novembre 2019
Le DoE a annoncé un financement de 40 millions de dollars à destination des Energy Frontier Research Centers pour l’année 2020. Au nombre de quarante-six aux Etats-Unis, ces structures rassemblent des équipes multidisciplinaires au sein d’universités, laboratoires nationaux, d’entreprises ou d’organisations à but non lucratif. Les travaux produits par ces centres ciblent majoritairement l’avancement des technologies quantiques, de la micro-électronique, de la gestion environnementale ainsi que des solutions liées à la synthèse et au recyclage des matériaux plastiques. Les centres sélectionnés se verront attribué des sommes allant de deux à quatre millions sur une période de quatre ans.

Le Sénat suggère de créer une « filière » de la National Science Foundation
AIP, 6 Novembre 2019
Le sénateur démocrate Chuck Schumer a proposé la création d’une National Science and Technology Foundation qui servirait à financer la recherche, le développement de nouvelles infrastructures et la promotion des sciences et technologies auprès des universitaires. Ce projet d’agence fédérale fonctionnerait à la manière d’une filiale de la National Science Foundation (NSF), en synergie avec le Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), et mobiliserait une somme de 100 milliards de dollars sur cinq années pour la recherche sur l’intelligence artificielle, les technologies d’information quantique (QIS) ou encore de Smart Manufacturing. Cette proposition intervient sur un fond de compétition technico-industrielle avec la Chine, notamment sur la question de l’intelligence artificielle.

La NSF devrait accorder plus d’importance aux sciences des matériaux
AIP, 31 Octobre 2019
Un comité d’experts a émis des recommandations auprès de la NSF soulignant la nécessite de créer un huitième pôle de direction générale dédié spécifiquement aux sciences des matériaux (thématique inclue jusqu’à présent dans le pôle Mathematical and Physical Sciences). Cette recommandation fait écho au dernier decadal survey sur la recherche en matériaux, ainsi qu’à la montée en puissance de la Chine dans ce domaine.

John Goodenough, prix Nobel de chimie 2019
UTNews, 9 Octobre 2019
Le professeur John Goodenough, de l’université du Texas à Austin, s’est vu remettre le prix Nobel de Chimie 2019, qu’il partage avec l’anglais Stanley Whittingham et le Japonais Akira Yoshino. Le prix récompense sa contribution au développement des batteries ion-lithium, en particulier l’optimisation des performances liées à la cathode.

James Peebles, prix Nobel de physique 2019
Princeton News, 8 Octobre 2019
Le professeur James Peebles, de l’Université de Princeton, a reçu le prix Nobel de Physique 2019, qu’il partage avec les suisses Michel Mayor et Didier Queloz. Le prix récompense ses travaux en physique cosmologique, notamment la prédiction du fond diffus cosmologique, dont l’étude permet de remonter aux premiers instants du Big Bang.

Le NIST inaugure l’extension d’un complexe lié à la mesure radiologique
NIST, 24 Septembre 2019
Le siège du National Institute of Standards and Technology (NIST) de Gaithersburg a inauguré l’ouverture de trente-huit nouveaux laboratoires destinés à la métrologie des radiations et du nucléaire. Cette extension se chiffrant à 82,4 millions de dollars devra permettre à l’agence fédérale approfondir son expertise dans les capteurs de radiations et leur calibration, la mise en place de normes de mesures pour le secteur médical et alimentaire, ou encore la détection de matériel ou d’armes nucléaire pour la sécurité. Cet investissement fait partie d’une initiative plus globale de modernisation du Radiation Physics Building budgétée à 327 millions de dollars.

Physique

La densité électronique observable par microscopie à balayage
Nature, 14 Octobre 2019
Des chercheurs de l’université de Californie à Irvine (UCI) ont conçu un microscope électronique à balayage (MEB) capable de visualiser la densité de charge électrique de la matière à l’échelle de l’ångström (le diamètre d’un atome). Grace à une correction de l’aberration optique et de capteurs d’électrons ultra-rapides, ce dispositif permet d’afficher précisément la répartition électronique d’un matériaux, et trouve des applications dans la chimie du solide et la conception de matériaux avancés.

Des calculs confirment certaines propriétés des isolants topologiques
Physical Review B, 9 Octobre 2019
Les isolants topologiques sont des matériaux dont la surface conduit l’électricité, tandis que le cœur s’y oppose. Des chercheurs de l’université de Purdue ont mis à jour l’apparition de nouvelles propriétés magnétiques et structurales lorsque du fer y est introduit (dopage). Réalisées par simulation sur supercalculateur, ces observations permettent de relier les données structurelles de ce type de matériaux aux mesures expérimentales réalisées par spectroscopie.

L’effet Hall révèle de nouvelles données
Nature, 7 Octobre 2019
Une équipe internationale composée d’ingénieurs d’IBM, de l’université de Duke, et de chercheurs Sud Coréens ont extrait et mesuré différentes grandeurs physiques de semi-conducteurs soumis à l’effet Hall. Baptisée Carrier-Resolved Photo Hall, la technologie s’applique à la version optique de l’effet Hall (photo-Hall), et fournit une large gamme de paramètres électroniques (mobilité des électrons et des trous, densité de porteurs à la lumière, leur durée de vie de recombinaison, longueurs de diffusion des électrons et des trous, …). Cette avancée permettrait d’accélérer sensiblement le développement des semi-conducteurs de nouvelle génération, pour la fabrication de cellules solaires ou de meilleurs dispositifs optoélectroniques.

Le Fermilab conçoit un système de refroidissement novateur
Fermilab, 25 Septembre 2019
Des ingénieurs du laboratoire Fermilab (Illinois) ont conçu un dispositif de refroidissement compact, destiné à refroidir les composants supraconducteurs d’un accélérateur de particule. Cette technologie, brevetée il y a cinq ans, consiste en un réfrigérant cryogénique à l’hélium liquide fonctionnant en circuit fermé, et avoisinant les 2K (-271°C). Cette innovation devrait simplifier les conditions de fonctionnement des accélérateurs, nécessitant d’ordinaire des appareillages volumineux.

Dispositif de refroidissement inventé par le Fermilab

Princeton découvre une propriété inédite au sein des matériaux magnétiques
Science, 20 Septembre 2019
Une équipe de l’université de Princeton a mis en évidence le comportement inattendu d’électrons au sein d’un aimant : sous un champ électromagnétique, les électrons interagissent collectivement et imitent tantôt le comportement d’une particule, tantôt d’une antiparticule. L’interaction a lieu à température ambiante et prend la forme d’une boucle dite « boucle quantique de Weyl ». Cette découverte ouvre le champ de recherche dans les matériaux topologiques en trois dimensions.

Le Fermilab bat le record du champ magnétique pour son accélérateur de particules
Fermilab, 9 Septembre 2019
Le laboratoire Fermilab a atteint un nouveau record dans la technologie d’accélération de particules, en atteignant une puissance d’induction de 14,1T pour le guidage du faisceau particulaire. Les aimants utilisés sont refroidis à 4,5K (-269°C) pour conserver leurs propriétés supraconductrices, et servent à guider le flux de particules sur leur trajectoire de collision sans les faire dévier. Cette technologie des aimants au niobium-étain est une piste sérieuse que le Fermilab envisage pour franchir le cap des 15T, et développer le futur accélérateur de particules qui remplacera le Large Hardon Collider européen.

Nano

Un « tournesol » artificiel qui s’oriente à la lumière du soleil
Nature Nanotechnology, 4 Novembre 2019
Des chercheurs de UCLA et de l’Arizona State University ont créé un matériau capable de s’orienter face à la lumière sans apport mécanique externe, à la manière d’un tournesol.
Cette propriété physique, appelée phototropie, est obtenue par l’intégration d’un nanomatériau photoréactif à une matrice thermoréactive qui absorbe la lumière et la convertit en chaleur, tandis que l’autre se contracte lorsqu’elle est exposée à la chaleur. L’équipe envisage maintenant de greffer des cellules solaires à cette tige, de sorte à les garder exposées face au soleil.

Essais de phototropisme sur le « tournesol » artificiel

Le MIT met au point un film nanométrique pour la protection de semi-conducteurs
PNAS, 1^er Octobre 2019
Des chimistes du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et d’autres universités ont formulé un revêtement polymère intelligent, destiné à protéger les matériaux de l’électronique (phosphore noir, dichalcogénrues de métaux de transition, …) facilement dégradés par l’air ou l’humidité. L’équipe de recherche a opté pour le développement d’un alkylamine s’appliquant en couches très fines, épaisses d’un nanomètre. La structure du polymère le rend imperméable à la plupart des solvants et à l’oxygène, et lui permet de cicatriser à la chaleur lorsqu’il est entaillé. La durée de vie des matériaux ainsi protégés est multipliée par cent, le tout pour un coût relativement faible.

Contrôler le champ électrique à proximité de réseaux de nanoparticules
ACS Nano, 5 Septembre 2019
Une équipe de l’université du Nouveau Mexique est arrivée à générer et manipuler un champ électrique en éclairant un réseau périodique de nanoparticules. Selon la longueur d’onde utilisée et la distance interatomique, les nanoparticules d’argent réémettent une onde lumineuse qui se propage au sein du réseau et créé proportionnellement un champ électrique local. L’étude se focalise en particulier sur l’influence des paramètres (taille des particules, densité, …) sur le champ généré.

Matériaux

Une meilleure compréhension de l’effet du cobalt sur la supraconductivité
Physical Review Letters, 22 Novembre 2019
La plupart des matériaux ferreux supraconducteurs ne sont pas impactés par l’ajout d’impuretés, si ce n’est lorsqu’il s’agit de cobalt. Ce mécanisme longtemps resté flou a été déchiffré par une équipe de Princeton. A l’aide d’un microscope à effet tunnel, permettant de sonder la matière au niveau de l’atome, ils sont parvenus à observer les transitions de phase conducteur / supraconducteur et à déterminer les modalités d’appariement des électrons (phénomène responsable de la supraconductivité) en présence de cobalt.

Une mousse capable de filtrer la lumière
PNAS, 6 Novembre 2019
En menant des simulation par supercalculateur, des chercheurs de Princeton ont observé que certains types de mousses peuvent filtrer sélectivement les longueurs d’onde composant la lumière. De façon similaire à un semi-conducteur, les mousses adoptant la structure dite de Weaire-Phelan présentent une bande interdite photonique et confère la capacité de réfléchir certaines longueurs d’ondes et de laisser passer les autres. Ce phénomène pourrait être exploité pour des technologies de communication optique (fibre optique) ambitionnant de remplacer la communication électrique classique.

De nouvelles cathodes économiques pour les batteries lithium-ion
Nature Materials, 9 Septembre 2019
Traditionnellement, les cathodes des batteries lithium-ion sont formulées au nickel et au cuivre, mais ces éléments sont coûteux et de plus en plus rares sur le marché mondial.
Dans l’optique de les remplacer par une solution moins onéreuse, une équipe du Georgia Institute of Technology a conçu un matériau alternatif à base de fluorure de fer. L’électrolyte, lui aussi, est modifié afin d’absorber les déformations mécaniques de la cathode pendant le cycle de charge, et de rendre l’architecture de la pile plus robuste. Les essais réalisés montrent une excellente tenue en température et de bonnes capacités de conduction.

Technologies quantiques

Une mesure mécanique sans bruits parasites
Physical Review Letters, 30 Octobre 2019
Une équipe de l’université du Colorado – Boulder a développé une nouvelle technique de mesure du mouvement mécanique permettant de déterminer la position d’un oscillateur mécanique sans bruit parasite. La technique repose sur l’amplification électromagnétique du système, et à son refroidissement simultané. Cette technique présente une utilité pour les technologies quantiques, notamment pour la vérification des états quantiques (création, superposition, …) nécessaires à la communication quantique (QIS) ou à la métrologie quantique.

Google annonce avoir atteint la suprématie quantique
Nature, 23 Octobre 2019
Le département AI Quantum de Google a publié les résultats de calcul de leur processeur quantique Sycamore, capable de résoudre un algorithme en deux cent secondes, là où un calculateur conventionnel demande près de dix mille ans. Ce processeur, organisé en réseau de 54 qbits interconnectés, permet d’atteindre la « suprématie quantique », paradigme selon lequel un ordinateur quantique dépasse les capacités physiques de calcul d’un ordinateur conventionnel. La nouvelle reste cependant discutée par certains experts d’IBM.

Découverte d’un matériau supraconducteur pouvant servir à générer des qubits
Science, 11 Octobre 2019
Contrairement à son homologue classique, l’ordinateur quantique repose sur le principe de superposition des états physiques afin de générer des qubits, les homologues quantiques des bits (1 ou 0).
Une équipe de chercheurs de l’université Johns Hopkins et de Taiwan ont découvert un matériau supraconducteur – le β-Bi2Pd – capable de générer naturellement deux courants électriques de sens opposés. Cette existence simultanée de deux états peut être exploitable pour le fonctionnement d’ordinateurs quantiques.

Une micropuce pour le traitement de l’information quantique
Physical Review Letters, 3 Septembre 2019
Des scientifiques du Laboratoire National d’Argonne ont confectionné un micro circuit qui allie magnétisme et supraconductivité pour la manipulation de l’information quantique. La combinaison de ces deux propriétés permet un couplage et un découplage précis des ondes électromagnétiques (représentées par les photons) avec les ondes de spins magnétiques (magnons), offrant de nombreuses applications en communication et en informatique quantiques.

Micropuce permettant de moduler l’information quantique

Chimie

Vers une synthèse plus « propre » de peroxyde d’hydrogène
Science, 11 Octobre 2019
Une équipe de chercheurs de l’université de Rice a développé un réacteur « propre » qui permet de synthétiser du peroxyde d’hydrogène (ou eau oxygénée) à partir d’air, d’eau et d’un courant électrique. La réaction chimique est une electrosynthèse reposant sur l’utilisation d’un catalyseur solide à base de nanoparticules de carbone.

Un alliage à haute entropie aux propriétés catalytiques
Nature Communications, 5 Septembre 2019
Des chercheurs de l’université Johns Hopkins ont mis au point un alliage aux propriétés catalytiques à base de cobalt et de molybdène – deux éléments difficilement associables entre eux. Pour ce faire, l’équipe a eu recours à d’autres éléments (fer, nickel et cuivre) pour former un alliage à haute entropie (high entropy alloy), lequel permet d’incorporer de manière homogène le cobalt et le molybdène. Cet alliage catalytique peut servir, par exemple, à la production d’hydrogène par décomposition de l’ammoniaque.

Un procédé optimisé pour l’acide formique des piles à combustible
Nature Energy, 2 Septembre 2019
L’acide formique (HCOOH) est un carburant intéressant pour les piles à combustible car il possède un potentiel énergétique et une sécurité d’emploi supérieurs à l’hydrogène. Sa synthèse reste cependant encore laborieuse en raison de sous-produits difficiles à séparer. Une équipe de l’université de Rice a repensé le dispositif, d’une part en réduisant du dioxyde de carbone (CO₂) dans un milieu solide en lieu et place du traditionnel électrolyte liquide, et d’autre part en utilisant une quantité élevée de catalyseur.

Rédacteur :
Olivier Tardieu, Attaché adjoint pour la science et la Technologie, [email protected]