feuille rouge - Inac

F
EUILLE
F
E
U
I
L
L
E
La RRO
UGE
OUGE
Avril 2005
512
Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée
retraitement
DES COMPLEXES D’AMÉRICIUM MODÉLISÉS
Pascale Maldivi - SCIB - [email protected]@cea.fr
L’extraction de l’américium, un des éléments les plus radiotoxiques présents dans les effluents nucléaires, nécessite des
molécules organiques capables de le piéger sélectivement.
Pour concevoir des composés adéquats, les chimistes doivent
disposer de données qui sont difficilement accessibles expérimentalement du fait du caractère fortement radioactif de cet
élément. Afin de combler en partie cette absence, notre équipe mise sur les études théoriques basées sur la chimie quantique.
Pour les composés très lourds, l’obtention de résultats fiables nécessite des calculs ab initio prenant en compte tous les électrons (95 pour l’américium). De plus, les électrons de valence de l’américium, ceux-là
même qui sont impliqués dans la reconnaissance par des molécules
extractantes, sont dans des orbitales f de géométries variées mais de
niveaux d’énergie très proches. Il faut donc employer des méthodes lourdes et coûteuses en temps de calcul.
En collaboration avec des équipes de l’Université de Lund (Suède) et
de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris, nous avons appliqué
une telle approche ab initio aux complexes ioniques modèles AmF3 et
AmCl3. Nous avons ensuite refait
la modélisation avec des méthodes
plus simples et plus rapides,
basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité à priori mal
adaptée au cas de l’américium.
Heureuse surprise : elles rendent
bien compte de la géométrie et de
la nature des liaisons chimiques.
Ces méthodes devraient permettre
de comparer des séries de complexes américium/molécules organiques.
UN NOUVEAU
FROID POUR LE
SPATIAL
La prochaine génération de
réfrigérateurs pour le spatial
émerge du couplage entre
réfrigérateur à adsorption et
réfrigérateur à désaimantation
adiabatique: le meilleur des
deux mondes.
Au verso
La grande diversité de géométrie des orbitales f de l’américium. Les
parties sombres ou claires représentent, respectivement, les zones
de plus ou de moins grande probabilité de présence des électrons.
valorisation
CROCUS : LES MÉMOIRES MAGNÉTIQUES S’ÉPANOUISSENT
Jean-Pierre Nozières - SPINTEC - [email protected] b
Pour valoriser les recherches menées à SPINTEC sur les
mémoires magnétiques MRAM de deuxième génération, la
start-up Crocus Technology a “essaimé” du CEA et du CNRS
en avril 2004. Crocus Technology produira des mémoires
MRAM basées sur l’écriture assistée thermiquement (TAS:
Thermally Assisted Switching) et offrira à ses clients un service
de design et fabrication. Plusieurs partenaires industriels de
renom se sont déjà montrés intéressés pour participer à cette
aventure. Les premiers produits sont attendus à l’horizon
2007.
Les MRAM de première génération seront lancées sur le marché en
2005 par des grands groupes industriels, dont Altis, Freescale ou Cypress
Semiconductors. Elles présentent un certain nombre d’inconvénients (puissance consommée élevée et erreurs d’adressage) qui deviennent rédhibitoires quand la miniaturisation est poussée en dessous du nœud techno-
logique des 90 nm. La technologie TAS, brevetée et développée par
SPINTEC, est une approche alternative qui présente des performances
remarquables: puissance consommée faible, écriture rapide (10 ns),
absence d’erreur d’adressage et stabilité parfaite de l’information stockée.
L’objectif immédiat de Crocus Technology est la création d’une ligne
pilote complète qui servira à la réalisation de la partie magnétique des
mémoires TAS. Simultanément, un important accord de R&D sera signé
entre Crocus et le CEA/CNRS pour apporter un support scientifique et
technique, notamment pour améliorer les vitesses d’écriture et les
densités d’enregistrement. Dans cette perspective, des technologues du CEA/LETI sont venus renforcer dès à présent les équipes de chercheurs de SPINTEC.
Direction des Sciences de la Matière . CEA-GRENOBLE
La F
EUILLE
ROUGE
cryogénie
UN NOUVEAU FROID POUR LE SPATIAL
Nicolas Luchier - SBT - [email protected]
Avec ses réfrigérateurs à adsorption, notre laboratoire propose une excellente solution
de refroidissement pour descendre jusqu’à 300 mK, bien adaptée à la cryogénie spatiale:
grande fiabilité (absence de pièces mobiles et donc d’usure), compacité, légèreté... Le spatial réclamant des températures encore plus basses, une nouvelle génération de réfrigérateurs est donc en gestation. Nous avons tiré parti de notre savoir-faire pour mettre au point
un nouveau système de froid utilisant un réfrigérateur à adsorption pour pré-refroidir un
étage à désaimantation adiabatique capable de descendre à 50mK.
La désaimantation adiabatique électronique
(voir encart et Fig.1) peut atteindre des températures de l’ordre de quelques mK. Elle est à même
de remplir les exigences de fiabilité du spatial.
Cependant, sa mise en place exige, d’une part,
de lourdes bobines pour générer le champ et,
d’autre part, un écrantage magnétique important
puisque les éléments à refroidir ne doivent être
plongés que dans un champ résiduel extrêmement faible. Les réfrigérateurs à désaimantation
adiabatique ont donc un poids élevé, en principe
peu compatible avec le budget masse du spatial.
Le problème de la taille du système est d’autant
plus aigu que la température de départ est élevée
car il faut alors appliquer un champ magnétique
d’autant plus intense.
imposée dans un premier temps : 12 h à
100 mK pour un champ de 0.5 T et 2 µW de
fuite thermique; on aboutit à 100 g de sels.
Ces sels sont cristallisés autour d’un “bus thermique” (voir Fig. 2) composé d’un peigne de 365
fils de cuivre de 250 µm de diamètre. Ce dispositif est la clef du bon fonctionnement de la désaimantation car la conductivité thermique intergrain du réfrigérant n’est pas suffisante. Le bus
thermique garantit que chaque cristal de réfrigérant est en contact avec au moins un de ses fils;
ainsi les échanges thermiques se font préférentiellement par le cuivre et assurent l’extraction de
chaleur au niveau de l’élément à refroidir.
Premier prototype
Notre premier prototype vient d’atteindre
l’objectif en température de 110 mK. Il reste
maintenant à assurer l’autonomie. Les premiers
retours d’expérience, fort encourageants pour
notre toute première désaimantation, ont révélé
quelques points à peaufiner, notamment au
niveau de la thermalisation du réservoir contenant
les sels réfrigérants qui n’est pas encore suffisante.
Pour prévoir les performances de la désaimantation, nous avons développé un volet simulation en utilisant le modèle classique de l’ion
libre, avec addition d’un champ magnétique
local pour simuler les interactions entre moments
magnétiques. Cette simulation nous permet de
dimensionner la quantité de sels réfrigérants (voir
encart) nécessaire à l’autonomie que l’on s’est
Nous avons mis au point un second ensemble
bus thermique/réservoir qui devrait répondre à
cette problématique et atteindre des performances plus proches du but visé. En parallèle nous
avons complété notre simulation numérique en
incorporant les inévitables irréversibilités thermiques qui écartent la désaimantation de la transformation adiabatique.
Une solution classique est de multiplier les
étages de désaimantation pour descendre de
4.2 K à 50 mK, mais les étages hautes températures restent encore lourds. Notre idée est donc
de les remplacer par un réfrigérateur à adsorption plus léger et plus compact.
Fig. 1 : Schéma
de fonctionnement de la désaimantation adiabatique
La désaimiantation
adiabatique
électronique
Dans la phase “recyclage” (voir Fig.
1), le réfrigérant est aimanté. La
chaleur dégagée dans l’opération
est évacuée vers la source chaude.
Une fois aimanté, le réfrigérant est
thermiquement isolé. Dans la phase
“fonctionnement”, le champ magnétique diminue, les moments
magnétiques du réfrigérant peuvent
reprendre une orientation aléatoire
en absorbant de la chaleur et la
température de l’élément à refroidir
diminue.
Le réfrigérant
De façon grossière, un bon réfrigérant est un matériau constitué de
moments magnétiques avec peu
d’interactions. En effet, celles-ci
créent un champ local qui limite la
température minimale théorique.
Elles vont, de plus, empêcher les
spins de s’orienter librement dans
le champ et réduire ainsi l’efficacité de la désaimantation. Dans la
gamme 50 mK - 1 K, les réfrigérants classiques sont des sels
hydratés à base de fer ou de chrome, les molécules d’eau créant des
“cages” isolantes autour des
moments magnétiques.
Fig. 2 : Schéma du “bus thermique”
Comité de rédaction : J.P. Duraud, E. Molva, A. Pesnelle (DIR), P. Dalmas de Réotier (SPSMS), Th. Douki (SCIB),
S. Lyonnard (SI3M), L. Prejbeanu (SPINTEC), R. Vallcorba (SBT), P. Warin (SP2M) - Secrétaire de rédaction : C. Bellavia (DIR) tél. 04 38 78 99 68