Les R&D 100 Awards récompensent les innovations du laboratoire de Berkeley

Quatre technologies innovantes du laboratoire national Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) du ministère américain de l'Énergie (DOE) ont été récompensées par un prix R&D 100 2023. Le prix, décerné par R&D Magazine et sélectionné par un jury indépendant, récompense les 100 produits technologiques les plus innovants et révolutionnaires de l'année, issus de l'industrie, du monde universitaire et de la recherche parrainée par le gouvernement. Pour la première fois cette année, R&D Magazine a décerné des prix professionnels à des individus et à des équipes. Dans cette nouvelle catégorie, Ashok Gadgil a reçu le prix R&D Leader of the Year 2023 et l'équipe Energy Management System a reçu le prix R&D Team of the Year 2023.

Les technologies gagnantes du Berkeley Lab améliorent les outils de recherche, génèrent de l'hydrogène vert, fournissent des outils logiciels pour la découverte de matériaux et déterminent l'avenir des stations de recharge pour véhicules électriques. Les équipes gagnantes seront célébrées lors du banquet de gala R&D 100 à San Diego le 16 novembre 2023.

Vous trouverez ci-dessous les descriptions des technologies :

La construction de la prochaine génération de technologies quantiques commence par comprendre le fonctionnement des nouveaux matériaux à l’échelle nanométrique. Alors que les outils de spectroscopie électronique et de microscopie permettent aux chercheurs de « voir » la structure et la composition de ces matériaux, leur résolution est entravée par un phénomène appelé « propagation d’énergie » du faisceau électronique de sondage. Les chercheurs du Berkeley Lab ont inventé le Cryo-FE, un nouvel émetteur d'électrons qui réduit cet effet de 10 à 20 fois. Le dispositif se compose d’une nanopointe supraconductrice qui exploite les états quantiques résonants se formant au sommet et les températures cryogéniques pour produire un faisceau d’électrons avec une distribution d’énergie d’une étroitesse sans précédent. L'émission du Cryo-FE peut être réglée avec un champ électrique appliqué pour obtenir un faisceau d'électrons extrêmement monochromatique, brillant et cohérent, surpassant les meilleures technologies actuellement disponibles. Ces progrès peuvent permettre de nouvelles découvertes en science des matériaux et de nouveaux outils haute résolution pour la spectroscopie et la microscopie.

Le développement a été réalisé par Alexander Stibor et Cameron Johnson.

L’hydrogène en tant que nouveau carburant est essentiel pour décarboner notre économie et réduire notre impact environnemental. Cependant, de nombreux processus produisant de l’hydrogène produisent également du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre connu. Une équipe de chercheurs du Berkeley Lab a amélioré un processus appelé pyrolyse du méthane pour produire de l'hydrogène et du carbone sans émissions de CO2. Les chercheurs ont développé un catalyseur ternaire à métal liquide pour la pyrolyse du méthane. Leur nouveau « multi-catalyseur » pourrait simultanément fonctionner avec une efficacité, une sélectivité et une durabilité élevées pour la pyrolyse du méthane à des températures douces (450-800 °C). Plus important encore, ce nouveau catalyseur peut être facilement fabriqué à l’aide d’éléments métalliques non précieux, ce qui le rend à la fois évolutif et rentable pour une utilisation industrielle. La technologie a été déposée pour une demande de brevet aux États-Unis (Homogeneous Ternary Liquid Metal System for Clean Hydrogen Production – Intellectual Property Office) et les connaissances scientifiques de base ont été acceptées dans la revue Science.

L'équipe de développement dirigée par Ji Su comprend Luning Chen, Shuchen Zhang, Zhigang Song, Gabor A Somorjai, Miquel Salmeron, David Prendergast, Chaochao Dun, Jeff Urban, Jinghua Guo, Xinxin Peng, Yu-Chun Chuang, Chung-Kai Chang, Jeng. -Lung Chen

De la microélectronique à la contamination environnementale, la microscopie électronique à transmission par balayage (STEM) permet aux chercheurs de caractériser les structures à l'échelle atomique. La nouvelle génération de détecteurs STEM tridimensionnels (4D-STEM) produit des ensembles de données de millions d'images remplis d'informations sur les propriétés des matériaux telles que la structure locale, la phase, l'orientation et la déformation. C’est une richesse d’informations, mais aussi un défi à analyser. Les scientifiques du Berkeley Lab ont développé un outil logiciel qui combine plusieurs outils d'analyse avec des algorithmes d'apprentissage en profondeur pour exploiter cette richesse d'informations. L'outil logiciel open source, appelé py4DSTEM, permet à l'utilisateur de choisir entre différents modes de caractérisation et fournit des voies pour une analyse efficace. Grâce à ce nouvel outil, les chercheurs peuvent accélérer leurs recherches sur les matériaux destinés à la prochaine génération de technologies.