La température de la pièce baisse de quelques degrés pendant que le réfrigérateur fonctionne sans le moindre compresseur en mouvement. À l'intérieur, pas de fréon, mais un morceau de métal que l'on aimante et désaimante tour à tour. C'est le principe du refroidissement magnétique magnétocalorique : lorsqu'on applique un champ magnétique, le matériau s'échauffe, et lorsqu'on le retire, il se refroidit. Le cycle est répété des milliers de fois, et la chaleur s'évacue de l'enceinte. L'idée n'est pas nouvelle, mais elle bute toujours sur le prix du matériau actif. Le gadolinium, le matériau de référence, coûte environ 300 dollars le kilo. C'est un peu le diamant des métaux.

Les auteurs de ces travaux ont décidé de se passer de ces « diamants » de terres rares. Ils ont pris trois métaux des plus ordinaires, le fer, le nickel et le manganèse, et ont coulé un alliage Fe47.5Ni37.5Mn15. La température de Curie (le point où le matériau perd son aimantation) s'est révélée être d'environ 300 K, soit exactement la température ambiante. La capacité de refroidissement relative (la quantité de chaleur que le matériau peut transporter par cycle) atteint 297.68 J/kg sous un champ de 5 T. C'est moins que le gadolinium (410 J/kg), mais le prix change tout : l'alliage entier revient à environ 8.4 dollars le kilo. L'efficacité par dollar est 25.8 fois supérieure.

On pourrait penser qu'il suffit d'aller plus loin et de fabriquer des nanoparticules de même composition, car le superparamagnétisme (le comportement des particules magnétiques très petites) devrait amplifier l'effet. Mais c'est là que les chercheurs ont eu une surprise. Les nanoparticules ont été obtenues par ablation laser pulsée dans de l'éthanol. Sous l'effet de la chaleur du laser, qui atteint 4000 K, l'éthanol s'est décomposé et du carbone a pénétré dans les particules, jusqu'à 23.2 at.%, presque la limite de solubilité dans le réseau cristallin. Résultat : la température de Curie a grimpé à 477 K, bien au-delà de la température ambiante. Un tel matériau ne peut plus refroidir dans des conditions normales.

L'histoire des nanoparticules n'est pas un échec, mais une leçon précieuse. Elle montre comment les impuretés provenant du solvant peuvent modifier complètement la réponse magnétique. Pour tous ceux qui synthétisent des nanoparticules par ablation laser dans des liquides organiques, c'est un signal : vérifiez la composition à l'échelle atomique. La tomographie à sonde atomique (une microscopie avec une résolution d'un atome) a permis de voir le carbone à l'intérieur des particules. Il est désormais clair que pour revenir à la température ambiante, il faut un autre solvant, par exemple l'eau ou l'azote liquide. Ou bien un post-traitement pour éliminer le carbone.

L'alliage massif peut déjà être envisagé comme une alternative économique au gadolinium dans les prototypes de réfrigérateurs magnétiques. Le refroidissement magnétique promet d'être plus silencieux et plus écologique que le refroidissement à compression, sans gaz nocifs ni vibrations. La voie passe par des alliages bon marché de métaux de transition. Et elle commence avec un simple morceau de fer, de nickel et de manganèse, des matériaux que l'humanité utilise depuis des centaines d'années. Pas besoin de diamants.