La supraconductivité

« carbure de bore, de ruthénium, ou encore de plutonium et d'uranium.

rétude des supraconckicteurs magnétiques peut donner la dé d'une notNelle théorie, qui romplètera ou · remplacera la théorie BCS.

La théorie de Bardeen, Cooper et Schrieffer (BCS) explique la supraconductivité à très basse température.

Elle est fondée sur les découvertes de Frôhlich et de Cooper.

Frôhrich avait montré que lorsqu'un électron, léger et très mobile, se déplace dans un réseau d'atomes, il attire des ions positifs autour de lui.

Il crée ainsi localement une zone positive qui perdure suffisamment longtemps après son passage, en raison de la lenteur relative des ions à reprendre leur position initiale, et attire un second électron.

Les deux électrons sont donc liés gràce au mouvement des atomes.

C'est un peu comme si le premier électron laissait derrière lui un sillage positif , qui se retrouve derrière le second électron et ainsi de suite.

Cooper avait ensuite montré que deux électrons liés de cette manière, m~e très faiblemen~ pouvaient avoir, ensemble , une énergie inférieure à la somme de leurs énergies individuelles.

Ce couple d'électrons a été appelé paire de Cooper .

les paires de Cooper restent intactes à très basse température.

car les mouvements du réseau d'atomes demeurent alors faibles.

les paires de Cooper appartiennent à un type de particules, les bosons, et peuvent donc subir la condensation de Bose-Einstein, dans laquelle elles ont toutes la ~ énergie et donnent à l'état supraconducteur une énergie plus basse que celle d'un métal .

Toutefois.

les paires de Cooper condensées ne suffisent pas à expliquer la supraconductivité.

La théorie BCS ajoute un élément décis~ : l'interaction entre les paires de Cooper, soulignant Je caractère coopératif de l'état supraconducteur, qui est un peu celui d'un superfluide, s'écoulant sans friction et ne rencontrant pas de résistanœ sur son chemin .

Cette interaction rend la cohésion d'une paire encore plus forte et fait apparaftre un •gap • (terme anglais pour• fossé>) d'énergie.

Ce gap donne à l'état supraconducteur une énergie plus basse que celle de l'état normal.

li est proportionnel à la température aitique.

Il est aussi proportionnel à la fréquence des phonons.

La supraconductivité disparait quand une énergie au moins égale au gap est fournie , • cassant • les paires de Cooper.

Selon la théorie BCS, la température aitique ne peut dépasser environ 30 K : au-delà.

l'agitation thermique est trop forte .

jL'efret~ I •·• ,..,_dt_..,~ Une des conséquences les plus spectawlaires de la supraconductivité est l'effet Meissner (du nom de son découvreur Fritz Walther Meissner , 1882-1974) ou • diamagnétisme parfait• .

Un supraconducteur en-dessous de la température aitique devient • impennéable • au champ magnétiq ue environnant (tant que ce champ magnétique n'atteint pas le seuil aitique Ho au-delà duquel Je matériau cesse d'être supraconducteur).

~ , les lignes de champ dévient et contournent Je reflet Meissner est mis en pratique dans les tnllls • Uritldlotl _,. ,flfw (Maglev).

reflet prédit en 1962 par Josephson est parfois considéré comme la troisième expression de la Sllpfacondudivité .

C'est le passage d'un courant de paires d'électrons au travm d'une très fine couche isolante de 10 à 20 A (1 angstrôm = 10·• m) intercalée entre deux électrodes supraconductrices, sans l'application d'aucune tension extérieure.

le• sandwich • supraconducteur-isolant fin­ supraconducteur est appelé jonction Josephson.

Alors que la résistance nulle et Je diamagnétisme parfait sont deux propriétés macroscopiques, l'effet Josephson est un effet microscopique , ou quantique, lié a la nature ondulatoire des électrons.

Cet effet est dit de type tunnel, par analogie avec l'image d'un tunnel percé dans l'isola nt qui permettrait au courant de passer.

Dans le cas de métaux ordinaires, le passage de courant de l'un à l'autre au travers d'un isolant par effet tunnel est possible seulement si une tension est appliquée (mais alors, les électrons ne circulent pas par paires).

Si une tension est appliquée à une jonction Josephson, un courant alterna~ apparan.

accompagné d'une émission de rayonnement infrarouge (chaleur).

La jonction se comporte comme un commutateur de tension dix fois plus rapide qu'un circuit semi­ conducteur .

reflet Josephson a permis de mettre au point le dispositif SQUID (Superronducting Quantum lnterference Oevice) qui a de nombreuses applications.

Les plus importantes sont liées a l'électronique ultra rapide et à la détection de courants.

de tensions, de champs magnétiques et de rayonnements infrarouges.

avec une très grande sensibilité .

le SQUID permet en effet de détecter des champs magnétiques extrêmement faibles (de l'ordre de l. »