SUPRACONDUCTIVITÉ

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Théories phénoménologiques de la supraconductivité

Ces propriétés magnétiques très spéciales ont suscité beaucoup de travaux théoriques tentant de les expliquer. Avant que soit connue la raison profonde de la transition supraconductrice, des modèles phénoménologiques de la supraconductivité ont été avancés.

Théorie de London

En 1935, Fritz et Heinz London, en Allemagne puis en Angleterre, utilisèrent le fait expérimental de la résistance nulle pour développer une théorie hydrodynamique d’un fluide à viscosité nulle, assimilant l’écoulement des électrons dans un supraconducteur à un tel fluide. Ils montrèrent que s’établissait un courant superficiel créant un champ magnétique de sens opposé et annulant le champ magnétique extérieur. Le courant circule sur une profondeur λL, dite longueur de pénétration de London, à partir de la surface. Pour les métaux courants, λL varie de 10 à 50 nanomètres (nm). Mais cela n’expliquait pas l’état mixte…

Théorie de Landau-Ginzburg

Vers 1950 en URSS, Lev Landau et Vitaly L. Ginzburg appliquent la théorie thermodynamique des transitions de phase, élaborée par Landau en 1937. Les résultats obtenus retrouvent et étendent les calculs de London. Deux longueurs caractérisent les supraconducteurs :

Lev Landau

Photographie : Lev Landau

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Le Soviétique Lev Davidovitch Landau (1908-1968), premier physicien à étudier le diamagnétisme et l'antiferromagnétisme, a reçu le prix Nobel de physique en 1962 pour sa contribution à la compréhension des états condensés de la matière. 

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– la profondeur de pénétration λ (la même que celle de London) ;

– la longueur de cohérence ξ, ou distance minimale au sein d’un matériau sur laquelle la supraconductivité peut s’établir.

Les deux chercheurs montrent que les propriétés magnétiques des supraconducteurs dépendent de ces deux grandeurs :

– si ξ > 2λ, alors le flux magnétique est totalement expulsé pour H < HC. La supraconductivité est de type I. Ainsi, pour le plomb, ξ = 100 nm et λ = 10 nm et, pour l’aluminium, ξ = 500 nm et λ = 50 nm ;

– si ξ < 2λ, le système est thermodynamiquement porté à créer le maximum d’interfaces état supraconducteur/état normal, ce qui diminue son énergie. La supraconductivité est de type II.

Pour Ginzburg et Landau, la pénétration du champ magnétique dans le matériau se fait sous forme de « fluxons » (quasi-particules de f [...]

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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
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Lev Landau

Lev Landau
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Réseau triangulaires de vortex

Réseau triangulaires de vortex
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Écrit par :

  • : ancien directeur du laboratoire de physique de l'Ecole Normale Supérieure

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Julien BOK, « SUPRACONDUCTIVITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/