SUPRACONDUCTIVITÉ

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Dans les années 1910, la théorie des métaux de Paul Drude attribue leur conductivité à l’existence en leur sein d’électrons libres, non liés aux ions du réseau cristallin. Cette conductivité est limitée par l’interaction avec les vibrations de ce réseau (ou phonons) et les impuretés du métal. Cette théorie prévoyait une décroissance de la résistivité électrique ρ du métal avec l’abaissement de la température, ρ tendant progressivement vers 0 au zéro absolu (0 kelvin, ou K, soit – 273,15 0C). Mais, à cause des impuretés contenues dans les échantillons réels de métaux, une résistance résiduelle perdurait encore. Heike Kamerlingh Onnes, physicien à Leyden, fut le premier à réussir à liquéfier l’hélium (He) et à atteindre des records de basse température (1 kelvin ou K). Il voulut tester les prédictions théoriques et choisit le mercure (Hg) car il était possible de l’obtenir à l’état pur par distillation. Avec son élève Gilles Holst, il réalisa en avril 1911, la mesure de la résistivité du mercure en abaissant progressivement la température.

À leur grand étonnement, la résistance tombait à 0 à partir d’une température finie de 4 K, dite température critique (Tc), pour le mercure. Cette expérience constitua la première observation de la supraconductivité. Lorsque la Tc est atteinte, la résistance est donc vraiment nulle, non mesurable avec les appareils les plus perfectionnés : un courant électrique lancé dans un anneau de plomb (Pb) devenu supraconducteur en dessous de 4K, continue à circuler en théorie indéfiniment sans atténuation et sans aucun apport d’énergie extérieure. Depuis, de nombreux métaux et alliages supraconducteurs ont été découverts (Al, Pb, Nb, Nb3Sn…) avec des Tc variables, atteignant 23 K pour le niobium-germanium (Nb3Ge), puis des cuprates avec des Tc permettant d’utiliser l’azote liquide pour le refroidissement (donc supérieurs à 77,36 K soit – 195,79 0C), ouvrant ainsi de [...]

Première mise en évidence de la supraconductivité

Dessin : Première mise en évidence de la supraconductivité

Dessin

Dans cette expérience réalisée par G. Holst et H. Kamerlingh Onnes en 1911, on mesure la résistivité du mercure (Hg) en abaissant progressivement la température de l'échantillon. On observe que toute résistance est abolie à la température de 4,2 K. Le mercure est devenu supraconducteur. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Première mise en évidence de la supraconductivité

Première mise en évidence de la supraconductivité
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Lévitation magnétique

Lévitation magnétique
Crédits : Julien Bobroff/CNRS Photothèque

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Lev Landau

Lev Landau
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Réseau triangulaires de vortex

Réseau triangulaires de vortex
Crédits : source «Vortex structure in MgB2 single crystals observed by the Bitter decoration technique», L. Ya. Vinnikov, J. Karpinski, S. M. Kazakov, J. Jun, J. Anderegg, S. L. Bud'ko, and P. C. Canfield, 2003, doi.org

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  • : ancien directeur du laboratoire de physique de l'École normale supérieure

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Julien BOK, « SUPRACONDUCTIVITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 07 mai 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/