SUPRACONDUCTIVITÉ

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États de la matière

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John Bardeen

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Leon Neil Cooper

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John Schrieffer

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Matériaux supraconducteurs

Aspect théorique

Le paramètre de Ginzburg-Landau κ = λ(T)/ξ(T), indépendant de la température T, caractérise le comportement magnétique du supraconducteur comme on le comprend sur l'expérience schématique de la figure a, montrant une interface N/S en présence d'un champ magnétique. Un champ magnétique extérieur H est écranté sur une distance λ(T) autour du point B, tandis que la supraconductivité, c'est-à-dire une valeur non nulle du paramètre d'ordre, est rétablie sur la distance ξ(T).

La création dans un matériau initialement supraconducteur d'une interface N/S sous l'effet d'un champ magnétique appliqué conduit à un bilan énergétique que l'on peut évaluer.

Supraconducteurs de première espèce

Lorsqu'on a λ < ξ, plus précisément lorsque κ < 1/√̅2, sur la distance AB, on a perdu l'énergie de condensation en paires de l'état supraconducteur sans récupérer en échange l'énergie magnétique de volume associée à l'existence d'un champ. La création d'une interface augmente l'énergie du système et conduit donc à un état moins stable. La transition à l'état normal d'un cylindre allongé dans un champ parallèle à l'axe se fait brutalement à Hc (courbe a dans la figure). Dans des géométries où il y a des effets de champ démagnétisant, par exemple une plaque supraconductrice en champ perpendiculaire, une subdivision de l'échantillon en régions normales et supraconductrices peut être imposée (état intermédiaire), et la transition à l'état normal se fait progressivement jusqu'à Hc selon une structure lamellaire.

Supraconducteurs de deuxième espèce

Quand κ < 1/√̅2, la création d'une interface N/S permet la pénétration du champ sans trop perdre de l'énergie de condensation supraconductrice. Pour H supérieur à Hc1, la structure est un réseau régulier de « lignes de tourbillons » ou « vortex ». L'échantillon est dans l'état mixte, ou phase de Shubnikov. Une ligne de tourbillon en milieu homogène a la symétrie de révolution d'axe parallèle au champ. Elle est constituée d'un « cœur » normal, de rayon ξ, où le paramètre d'ordre s'annule et où le champ est maximal. D [...]

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Écrit par :

  • : docteur ès sciences, chargé de recherche au C.N.R.S.
  • : 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

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ALLIAGES

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Dans le chapitre « Supraconducteurs et alliages à mémoire de forme »  : […] Ce qui précède montre la diversité de la notion d'alliage, et évoque succinctement les domaines où elle s'applique. Le tour d'horizon ne peut être complet qu'avec l'évocation de quelques types d'alliages particuliers, tels les supraconducteurs et les alliages à mémoire de forme. Les premiers supraconducteurs connus étaient des métaux purs qui, au voisinage de 0 kelvin (— 273  0 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/alliages/#i_15129

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FULDE-FERRELL-LARKIN-OVCHINNIKOV PHASE

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L’état FFLO (initiales des physiciens Peter Fulde, Richard Ferrell, Anatoly Larkin et Yuri Ovchinnikov, qui ont prédit son existence en 1964) est un état supraconducteur qui résiste à la présence d’un champ magnétique élevé. Sa mise en évidence, plus de cent ans après que l’équipe du physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes a mesuré la disparition de la résistance électrique d’un échantillon […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/phase-fulde-ferrell-larkin-ovchinnikov/#i_15129

FULLERÈNES

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GENNES PIERRE-GILLES DE (1932-2007)

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON
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Dans le chapitre « Des semi- aux supraconducteurs »  : […] Pierre-Gilles de Gennes, né le 24 octobre 1932 à Paris, rapporte lui-même l'originalité de son approche de la science à une scolarité tardive, commencée à douze ans, en raison de sa santé fragile. Auparavant, il avait reçu de sa mère, à Barcelonnette, une éducation qui rappelle celle que propose Rousseau dans l 'Émile . Il développera son intérêt initial pour la physique à tr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pierre-gilles-de-gennes/#i_15129

GIAEVER IVAR (1929- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 353 mots
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Né le 5 avril 1929 à Bergen (Norvège), Ivar Giaever est le fils d'un pharmacien. Son parcours est original : après ses études secondaires, il travaille un an dans une usine de munitions, puis suit les cours de l'Institut norvégien de technologie de 1948 à 1952. Après son service militaire, il travaille un an au bureau des brevets du gouvernement norvégien. En 1954, il émigre au Canada, où il passe […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ivar-giaever/#i_15129

GINZBURG VITALY (1916-2009)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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Le physicien théoricien russe Vitaly Lazarevitch Ginzburg est né le 4 octobre 1916 à Moscou. Après des études à l'université de Moscou, il travaille dès 1940 à l'Institut de physique de l'Académie soviétique des sciences à Moscou, puis à Kazan lorsque cet institut est évacué à la suite de l'entrée en guerre de l'U.R.S.S. en 1941. C'est dans cet institut (qui devient l'institut Lebedev) qu'il effec […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vitaly-ginzburg/#i_15129

GUYON ÉTIENNE (1935- )

  • Écrit par 
  • Pierre-Gilles DE GENNES
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Né en 1935 à Paris, Étienne Guyon est un normalien, formé d'abord par André Guinier dans le domaine de la physique des rayons X, en 1958. Parti ensuite pour les États-Unis, il travaille brièvement avec Frederic Seitz sur les défauts dans les cristaux. Revenu à Orsay en 1962, il devient 1'un des membres fondateurs du Groupe de supraconductivité (un supraconducteur est un métal qui, à basse tempéra […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etienne-guyon/#i_15129

INTERMÉTALLIQUES COMPOSÉS

  • Écrit par 
  • Alain LE DOUARON
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Lorsque deux éléments A et B sont miscibles en toutes proportions et forment une solution solide continue pour certains domaines de concentration, il peut se former des surstructures. Les composés A 3 B, AB, AB 3 sont des exemples de ces nouvelles phases. Le nom de phases intermédiaires est plutôt réservé à celles qui possèdent une structure différente de celle des métaux de base ou des solutions […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/composes-intermetalliques/#i_15129

JOSEPHSON BRIAN DAVID (1940- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 372 mots

Né le 4 janvier 1940 à Cardiff (Grande-Bretagne), Brian David Josephson fait ses études supérieures à l'université de Cambridge, où il soutient sa thèse en 1964. Après un court séjour à l'université de l'Illinois, il retourne à Cambridge en 1967 et y devient professeur en 1974. Ses travaux théoriques sur les effets quantiques dans les solides lui valent de partager le prix Nobel de physique 1973 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/brian-david-josephson/#i_15129

JOSEPHSON MAGNÉTIQUE EFFET

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 345 mots

L' effet Josephson prédit en 1962 par le théoricien britannique Brian Josephson est un ingrédient essentiel de la technologie électronique : il quantifie le passage d'un électron à travers une couche mince isolante séparant deux supraconducteurs. Une version magnétique de ce phénomène a été démontrée théoriquement en 2006 par les physiciens Hans Mooji et Yuli V. Nazarov de l'université de Delft a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-josephson-magnetique/#i_15129

KAMERLINGH ONNES HEIKE (1853-1926)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 371 mots

Né le 21 septembre 1853 à Groningue (Pays-Bas), Heike Kamerlingh Onnes était issu d'une famille de riches marchands et industriels. Après des études à l'université de Groningue, interrompues par un séjour de trois semestres à Heidelberg où il côtoya Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, il soutint sa thèse de doctorat en 1879 sur « de nouvelles preuves de la rotation axiale de la Terre ». Après quelq […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/heike-kamerlingh-onnes/#i_15129

LANDAU LEV DAVIDOVITCH (1908-1968)

  • Écrit par 
  • Yakov SMORODINSKI
  •  • 2 075 mots
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Dans le chapitre « L'œuvre scientifique et les publications »  : […] Lev Landau possédait, en matière de recherche, une étonnante intuition. Ses méthodes étaient très efficaces et d'une rare simplicité. Il utilisait un minimum d'appareil mathématique, même s'il n'hésitait pas à recourir à des modèles mathématiques complexes le cas échéant. Cet homme éminent est parvenu à des résultats appréciables dans presque tous les domaines de la physique. Certains portent son […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lev-davidovitch-landau/#i_15129

LANTHANE ET LANTHANIDES

  • Écrit par 
  • Concepcion CASCALES, 
  • Patrick MAESTRO, 
  • Pierre-Charles PORCHER, 
  • Regino SAEZ PUCHE
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Dans le chapitre « Autres applications (ou futures applications) »  : […] Disques magnéto-optiques . Les variations de propriétés sous champ magnétique permettent de transmettre les propriétés de la lumière (polarisation, fréquence, etc.). Il s'agit d'une des applications les plus récentes des alliages à base de terres rares. Les systèmes enregistrables et effaçables (CD-R) utilisent des alliages amorphes Gd-Tb-Co-Fe, à basse température critique. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lanthane-et-lanthanides/#i_15129

L.H.C. (Large Hadron Collider)

  • Écrit par 
  • Lydia ROOS
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Dans le chapitre « Construction du LHC et premières données »  : […] La construction du LHC commence en 1998, deux ans avant l’arrêt du LEP (le 20 novembre 2000), et durera dix ans. Les travaux de recherche et développement ont quant à eux débuté dès 1990 et près de vingt ans seront nécessaires pour mettre au point tous les appareillages. Le système d’accélération des particules est constitué par un ensemble de seize cavités radiofréquence (enceintes métalliques a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/large-hadron-collider/#i_15129

LONDON FRITZ (1900-1954)

  • Écrit par 
  • Alexei KOJEVNIKOV
  • , Universalis
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Physicien américain d'origine allemande, né le 7 mars 1900 à Breslau, en Allemagne (auj. Wroc|law, Pologne), mort le 30 mars 1954 à Durham (Caroline du Nord). Fritz Wolfgang London obtient son doctorat de philosophie à l'université de Munich en 1921, puis se tourne en 1925 vers la physique théorique qu'il étudie auprès d'Arnold Sommerfeld. Il travaille alors avec Erwin Schrödinger à l'université d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fritz-london/#i_15129

MAGNÉTISME (notions de base)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 752 mots
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Dans le chapitre « Diamagnétisme et paramagnétisme »  : […] La plupart des matériaux réagissent à la présence d’un champ magnétique  H en acquérant une aimantation. En première approximation, l’aimantation est proportionnelle à l’excitation et on appelle susceptibilité magnétique χ m le rapport de proportionnalité. Lorsque cette susceptibilité est négative (et en général très faible), on dit que le corps est « […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme-notions-de-base/#i_15129

MATIÈRE (physique) - États de la matière

  • Écrit par 
  • Vincent FLEURY
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Dans le chapitre « Un état encore moins classique, le superfluide quantique »  : […] Parallèlement aux développements de la thermodynamique classique, le xx e  siècle a connu une révolution, avec la découverte des quanta et des propriétés quantiques des particules élémentaires. La nature ondulatoire et corpusculaire du rayonnement et de la matière a été démontrée au début du xx e […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/#i_15129

MÜLLER KARL ALEXANDER (1927- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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OPTIQUE - Optique électronique

  • Écrit par 
  • Albert SEPTIER
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Dans le chapitre « Lentilles magnétiques »  : […] Une lentille magnétique est constituée par un petit électro-aimant dont les pièces polaires, réalisées en acier doux, sont percées axialement de canaux cylindriques. Le champ magnétique est créé par un bobinage en fil de cuivre parcouru par un courant I. Une carcasse métallique, en fer doux, canalise le flux magnétique . Les propriétés optiques peuvent être déterminées si l'on connaît la répartiti […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-optique-electronique/#i_15129

OPTO-ÉLECTRONIQUE

  • Écrit par 
  • Gilbert GRYNBERG
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Dans le chapitre « Miroir à conjugaison de phase »  : […] Les miroirs à conjugaison de phase sont généralement étudiés dans le cadre de l'optique adaptative plutôt que dans celui de l'opto-électronique. En fait, la proche parenté existant au niveau des concepts et des milieux utilisés rend possible une utilisation à terme de miroirs à conjugaison de phase en opto-électronique. Les principales propriétés des miroirs à conjugaison de phase sont la rectific […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/opto-electronique/#i_15129

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Accélérateurs de particules

  • Écrit par 
  • Michel CROZON, 
  • Jean-Louis LACLARE
  •  • 3 503 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre «  Principes généraux »  : […] Un accélérateur de particules présente toujours la même succession d'opérations : ionisation d'atomes pour isoler des noyaux ou des électrons ; injection dans des dispositifs magnétiques ou électriques de guidage ; accélération jusqu'à l'énergie désirée. Ensuite, les bouffées de particules chargées sont éjectées soit en vue d'une utilisation externe soit pour accroître encore l'énergie des collisi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-accelerateurs-de-particules/#i_15129

PÉROVSKITES

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER, 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 774 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Propriétés physiques et applications actuelles des pérovskites »  : […] La structure très particulière des pérovskites est à l’origine de nombreuses recherches dans des domaines variés de la physique et leurs applications. On a découvert par exemple dès les années 1940 que des céramiques de synthèse de structure pérovskite comme le titanate de baryum (BaTiO 3 ) avaient de remarquables propriétés piézo-électriques, c’est-à-dire qu’elles se polarisaient électriquement a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/perovskites/#i_15129

PHONON

  • Écrit par 
  • Jean-Paul BURGER
  •  • 2 360 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Couplage électron-phonon dans les métaux »  : […] Les électrons de conduction d'un métal interagissent avec le potentiel électrostatique des ions, mais il est bien connu que le mouvement des électrons reste libre tant que ce potentiel est périodique. La présence de vibrations détruit cette périodicité et conduit à une diffusion des électrons par les phonons  : la conductivité électrique σ varie de ce fait en 1/T à suffisamment haute température, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/phonon/#i_15129

PICÈNE

  • Écrit par 
  • Pierre LASZLO
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Le picène est un hydrocarbure aromatique associant cinq cycles benzéniques alignés . Les électrons associés aux liaisons doubles se répartissent sur toute l'étendue de la molécule. Quand, à très basse température (voisine du zéro absolu, – 273  0 C), on dope un cristal fait de molécules de picène par des atomes métalliques de la famille des alcalins, il apparaît une supra […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/picene/#i_15129

PRESSIONS PHYSIQUE & CHIMIE DES HAUTES

  • Écrit par 
  • Bernard LE NEINDRE, 
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  • Boris VODAR
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Dans le chapitre « Supraconductivité »  : […] La variation avec la pression des températures de transition T c et des champs critiques H c a été étudiée pour les supraconducteurs de type I et II. En outre, environ un tiers des éléments et de nombreux composés deviennent supraconducteurs dans leurs phases haute pression. Les premiers supraconducteurs organiques ont été découverts sous pression : le composé (TMTSF) 2 PF 6 devient supracondu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-et-chimie-des-hautes-pressions/#i_15129

QUANTIQUE PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Claude de CALAN
  •  • 5 277 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Effets quantiques macroscopiques »  : […] À grande échelle, l'approximation classique peut parfois se révéler insuffisante, et certains effets typiquement quantiques peuvent se manifester. C'est le cas lorsque de nombreux systèmes microscopiques sont corrélés de façon assez cohérente pour donner naissance à des phénomènes collectifs. Le magnétisme (cf.  magnétisme ), qui est dû aux propriétés statistiques des sys […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/#i_15129

RÉSONANCE MAGNÉTIQUE

  • Écrit par 
  • Jacques COURTIEU, 
  • Maurice GOLDMAN
  •  • 7 306 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Applications de la résonance magnétique à la chimie »  : […] La R.P.E. connaît quelques applications en chimie, notamment par l'étude de centres paramagnétiques appelés radicaux libres produits transitoirement au cours de certaines réactions chimiques, qui permet d'en élucider le mécanisme. L' utilisation la plus importante de la résonance magnétique, par le nombre de travaux et le nombre de chercheurs qui s'y consacrent, est cependant la R.M.N. de haute r […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/resonance-magnetique/#i_15129

SCHRIEFFER JOHN ROBERT (1931- )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 345 mots
  •  • 1 média

Né le 31 mai 1931 à Oak Park (Illinois), John Robert Schrieffer fait ses études universitaires au Massachusetts Institute of Technology puis à l'université de l'Illinois, où il développe en 1957 avec John Bardeen (déjà Prix Nobel de physique en 1956 pour l'invention du transistor) et Leon N. Cooper la théorie B.C.S. (selon les initiales de Bardeen, Cooper et Schrieffer) de la supraconductivité, ce […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/john-robert-schrieffer/#i_15129

SILICIUM

  • Écrit par 
  • Jacques DUNOGUÈS, 
  • Michel POUCHARD
  •  • 5 600 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Siliciures »  : […] Le silicium réagit sur tous les métaux, d'où la difficulté de trouver un conteneur pour le maintenir à l'état liquide lors de sa cristallogenèse. La famille des siliciures métalliques peut être examinée en fonction du caractère ionique, covalent ou métallique de la liaison métal-silicium, ou selon l'état de condensation des atomes de silicium. Avec les métaux alcalins ou alcalino-terreux, par exe […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/silicium/#i_15129

SUPERFLUIDITÉ

  • Écrit par 
  • Sébastien BALIBAR
  •  • 5 816 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Principales étapes de la superfluidité »  : […] L'existence de la superfluidité a été simultanément découverte en décembre 1937 par deux équipes de chercheurs qui étudiaient l'hélium liquide à très basse température, en dessous de 2,2 kelvins (2,2 K = – 271  0 C ; 0 K = – 273,15  0 C) : celle de John F. Allen à Cambridge (Royaume-Uni) et celle de Piotr L. Kapitsa à Moscou (URSS) [Balibar, 2007]. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/#i_15129

TANTALE ET NIOBIUM

  • Écrit par 
  • Robert SYRE
  •  • 5 431 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « Supraconductivité »  : […] Ce domaine est dominé par le niobium et ses alliages, alors que le tantale en est quasiment exclu. L'utilisation du niobium ou de ses alliages dans leur état supraconducteur ouvre des horizons immenses à toute l'électrotechnique (générateurs, moteurs, bobinages magnétiques, lignes de transport), car on pourrait ainsi produire, absorber ou transporter des puissances énormes sous de très faibles vo […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tantale-et-niobium/#i_15129

THERMONUCLÉAIRE ÉNERGIE

  • Écrit par 
  • Robert DAUTRAY, 
  • Pascal GARIN, 
  • Michel GRÉGOIRE, 
  • Guy LAVAL, 
  • Jean-Paul WATTEAU, 
  • Joseph WEISSE
  •  • 19 239 mots
  •  • 33 médias

Dans le chapitre « Les acquis et les perspectives de la fusion par confinement magnétique »  : […] Depuis les premiers résultats significatifs obtenus par les Soviétiques en 1968 sur le tokamak T-3 : une trentaine d'appareils de ce type, construits dans le monde, ont permis d'avancer progressivement vers l'objectif fixé par le critère de Lawson (formule 4). Trois grands tokamaks ont été mis en service successivement entre 1982 et 1985 et ont atteint depuis lors leur performances nominales (tabl […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/energie-thermonucleaire/#i_15129

VANADIUM

  • Écrit par 
  • Roger DURAND
  •  • 2 617 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Composés du vanadium »  : […] La structure électronique lacunaire du vanadium, élément de transition, confère à ses composés des possibilités catalytiques : – le pentoxyde (V 2 O 5 ) catalyse l'oxydation de composés organiques et inorganiques ; son emploi principal est l'oxydation de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique dans le procédé « par contact » de fabrication de l'acide sulfurique ; le pentoxyde trouve égaleme […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vanadium/#i_15129

VORTEX

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 205 mots

En mécanique des fluides, on appelle vortex un type de tourbillon dans lequel la vitesse des particules du fluide en chaque point est inversement proportionnelle à la distance entre le point et le centre du tourbillon. Un tel tourbillon est physiquement irréalisable (la vitesse au centre serait infinie), mais peut être approché soit si, au centre du tourbillon, se trouve un solide, soit si le cent […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vortex/#i_15129

Voir aussi

Pour citer l’article

Pierre NÉDELLEC, Étienne GUYON, Jérôme LESUEUR, « SUPRACONDUCTIVITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 22 août 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/