Propriétés fondamentales

La supraconductivité est un phénomène physique découvert par Heike Kamerlingh ONNES en 1911. Elle n’existe qu’à très basse température et n’est observée que pour certains solides conducteurs. Un matériau ne devient supraconducteur que lorsqu’il est refroidi en dessous d’une température seuil, appelé température critique (TC) du matériau. Cette température caractérise la transition entre l’état normal et l’état supraconducteur. Dans son état supraconducteur, un matériau possède alors deux propriétés fondamentales : sa résistivité et son induction magnétique interne sont nulles (Figure 10).

Figure 10. (a) Mesure de la résistance du mercure en fonction de la température lorsqu’il est refroidi à la température de l’hélium liquide [Onnes1912]. (b) Schéma représentant les lignes d’un champ magnétique

faible traversant un échantillon dans son état normal puis dans son état supraconducteur. Le flux magnétique est expulsé du matériau [Cyrot1991]. ISBN:978-981-02-0144-9Copyright @ 1991 World

Scientific Publishing Co.

L’effet Meissner-Ochsenfeld (induction magnétique nulle à l’intérieur du matériau) implique que le champ magnétique est expulsé du matériau. L’équation reliant l’induction magnétique B au champ d’excitation magnétique H et à l’aimantation M est la suivante :

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Figure 11. Résistivité d’une solution solide d’étain à 0,02 % dans de l’argent.

Où ρi est la résistivité résiduelle, extrapolée à T = 0 K. Ceci correspond à la résistivité à très basse température due aux défauts et impuretés présents dans le métal. Le deuxième terme ρp(T) correspond à la résistivité due aux vibrations thermiques du réseau (phonons) lorsque la température augmente. Ainsi, même dans le cas où ρp(T) est nulle (soit à très basse température), alors ρ(T) tend vers une valeur limite ρi. Ainsi, une résistivité nulle dans l’état supraconducteur implique qu’il n’y a plus de résistivité résiduelle.

Pour expliquer cela, il faut comparer le comportement des électrons dans le matériau dans les deux états. Alors que dans l’état normal, les électrons ont tendance à se repousser à cause de leurs charges identiques, le passage à l’état supraconducteur va transformer une partie du gaz d’électrons en un fluide quantique formé de paires d’électrons fortement corrélés. Ces paires, aussi appelées paires de Cooper, sont formées par l’appariement de deux électrons de spins et de moments opposés par l’intermédiaire des phonons. Un électron va provoquer une distorsion d’un réseau d’ions positifs. Cette distorsion entraine l’apparition d’une interaction attractive pouvant agir sur un autre électron.

Les deux électrons constituant une paire de Cooper sont de moments opposés. Le moment total d’une paire est donc nul. Cela implique donc une quantité de mouvement nulle. En utilisant la relation de De Broglie décrite par l’équation (9), la longueur d’onde est donc infinie. Or, une onde n’est pas perturbée par un obstacle dont la taille est beaucoup plus petite

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Chapitre I Généralités

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Dans le document Cristallogenèse et caractérisations physico-chimiques des solutions solides supraconductrices La2-xSrxCuO4 et La1,6-xNd0,4SrxCuO4 (Page 28-36)