SUPRACONDUCTIVITÉ

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Découverte et développement

La supraconductivité a été découverte en 1911 à Leyde (Pays-Bas) par Heike Kammerlingh Onnes, qui venait de réussir la liquéfaction de l'hélium (4,2 K). Mesurant la résistivité d'un barreau de mercure, il constata qu'au-dessous de 4,15 K celle-ci tombait brutalement à une valeur infiniment faible. Cette « superfluidité » des électrons est comparable à l'écoulement non visqueux de l'hélium 4He au-dessous de 2,17 K.

Supraconductivité

Supraconductivité

Vidéo

C'est en obtenant des températures de plus en plus basses que les physiciens sont parvenus à liquéfier les gaz : l'oxygène en 1877, l'hydrogène sept ans plus tard, et l'hélium en 1908 à un peu plus de 4 kelvins.Grâce à ces progrès, le Néerlandais Heike Kamerlingh Onnes et son équipe... 

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En 1933, Walther Meissner et R. Ochsenfeld ont étudié le comportement d'un barreau de métal pur (supraconducteur de première espèce) en présence d'un champ magnétique longitudinal h faible. Ils ont montré que, quelle que soit la façon d'opérer pour obtenir l'état supraconducteur en présence de h (trajets adb ou acb de la figure), l'induction B = μ0(H + M) est alors nulle à l'intérieur de l'échantillon. Ce diamagnétisme parfait, l'effet Meissner, ainsi que la superfluidité existent tant que le champ est inférieur à un certain champ critique fonction de la température (cf. matière - État solide, Thermodynamique et chaleur spécifiques des solides) :

Tc est la température critique, c'est-à-dire la température de transition en champ nul, et H0 le champ critique à température nulle.

Variation des champs magnétiques avec la température

Variation des champs magnétiques avec la température

Dessin

Variations avec la température des champs magnétiques Hc, Hc1, Hc2 relatifs à l'effet Meissner et cycles équivalents acb et adb

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Températures et champs critiques de composés

Températures et champs critiques de composés

Tableau

Températures critiques et champs critiques de composés supraconducteurs. Les matériaux de première espèce sont signalés par un astérisque. 

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L'effet Meissner ne peut pas s'expliquer par la seule hypothèse d'une conductivité parfaite, c'est-à-dire infinie. Pour un conducteur devenant parfait au-dessous de Tc, on obtiendrait bien l'état final observé (B = 0 à l'intérieur de l'échantillon) en suivant le trajet adb mais non pas en suivant le trajet acb.

Fritz et Heinz London (1935) expliquent ces deux propriétés complémentaires, la superfluidité et le diamagnétisme parfait, par une théorie électromagnétique locale de la supraconductivité. Fritz London introduit le concept d'ordre à grande distance dans l'espace des impulsions des électrons de conduction, à l'état supraconducteur, et prédit la quantification du flux magnétiqu [...]


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Écrit par :

  • : directeur honoraire de l'École normale supérieure, Paris
  • : chargé de recherche au C.N.R.S., ingénieur civil des mines, doctorat de l'université de Paris-XI
  • : docteur ès sciences, chargé de recherche au C.N.R.S.

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Pour citer l’article

Étienne GUYON, Jérôme LESUEUR, Pierre NÉDELLEC, « SUPRACONDUCTIVITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 avril 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/