Phénomène de supraconductivité : Qu’est-ce que la supraconductivité ?
H.K. Onnes découvre l’un des plus extraordinaires phénomènes physiques, manifestation à notre échelle de la physique quantique : la supraconductivité.
En 1908, Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) a établi une nouvelle norme pour les laboratoires de recherche en physique. Mais des notes de cahier négligentes ont brouillé l’histoire de sa plus grande découverte.
Le 8 avril 1911 le physicien néerlandais H.K. Onnes découvre une propriété étonnante du mercure refroidi à très basse température : le courant électrique y circule sans rencontrer aucune résistance ! La supraconductivité était née.
La physicienne néerlandaise H.K. Onnes a découvert un nouveau phénomène – la supraconductivité – à l’université de Leiden le 8 avril 1911. La supraconductivité est la propriété de résistance électrique nulle dans certaines substances à des températures absolues très basses. Kamerlingh Onnes a été récompensé en 1913 par la médaille d’or de la recherche scientifique.
Le 10 juillet 1908, dans son laboratoire de l’université de Leiden, le grand hollandais physicien H.K. Onnes a vécu le moment le plus glorieux de sa carrière. C’était le jour où il s’est d’abord liquéfié hélium et a ainsi ouvert un tout nouveau chapitre dans basse température la physique.
Dans un rapport triomphant à l’Académie royale des arts et des sciences des Pays-Bas (KNAW), H.K. Onnes a documenté son exploit de manière très détaillée. Il est donc remarquable que des détails fiables sur sa découverte fortuite de supraconductivité trois ans plus tard ont été difficiles à trouver. 
Le manque d’informations a conduit à des spéculations sur la découverte. Il a notamment perpétué un conte apocryphe sur le rôle joué par un jeune apprenti endormi dans le laboratoire de H.K. Onnes. Il y a même eu des rumeurs sur la possible disparition des cahiers de laboratoire de H.K. Onnes.
Les cahiers de laboratoire – «Door meten, tot weten»… Par l’expérience, la connaissance ! 
Telle était la devise de H.K. Onnes, ce physicien néerlandais prix Nobel de Physique en 1913 qui avait découvert deux ans auparavant un état étonnant du mercure refroidi tout près du zéro absolu : la supraconductivité !
C’est en effet le 8 avril 1911 que ce physicien particulièrement intéressé par ce qui se produit dans les métaux au voisinage du zéro absolu (-273,15 degrés Celsius) met un terme à une grande interrogation scientifique. Certains imaginaient en effet qu’à ce moment, comme les composants intimes de la matière se figeaient, la résistivité électrique devait alors être infinie !
Electrons libres
Faux, leur répond ce jour-là H.K.Onnes en découvrant que c’est en réalité le contraire qui se produit avec le mercure : à 4,2 degrés Kelvin au-dessus du zéro absolu, la résistance électrique du mercure devient nulle ! Et le mercure passe dans un nouvel état qualifié de «supraconducteur» ! Les électrons circulent alors dans le matériau sans être gênés par les défauts du conducteur – cette fameuse résistance qui les ralentit et provoque l’échauffement du conducteur, à température ambiante par exemple.
On peut dès lors imaginer injecter du courant électrique dans une bobine de fil supraconducteur pour que ce courant d’intensité colossale puisse être conservé indéfiniment. Sachant que le grand défi à relever, c’est la température extraordinairement basse à créer pour obtenir cette supraconductivité. Ce sera – et c’est encore – la grande quête des chercheurs qui rêvent aujourd’hui encore de trouver le matériau supraconducteur à température ambiante ! Un grand pas a cependant été réalisé en 1986 avec la mise au point d’une céramique à base de cuivre et d’oxygène qui devient supraconductrice à 150 degrés Kelvin (-123°C).
Le phénomène va passionner des générations entières de chercheurs et des théoriciens de premier calibre s’attaqueront à sa compréhension comme Lev Landau et Pierre Gilles de Gennes. Ce n’est que grâce à la mécanique quantique, avec la fameuse théorie BCS, que l’on comprendra enfin les événements se déroulant dans les supraconducteurs dits conventionnels.
Lévitation
Aujourd’hui, un siècle après sa découverte, la supraconductivité est présente dans de nombreuses applications. Dans le secteur médical par exemple puisqu’elle a permis la mise au point de détecteurs magnétiques ultrasensibles capables de mettre en évidence les zones d’activités d’un cerveau au moment même où il pense, ou encore de réaliser une imagerie médicale performante utilisée quotidiennement dans le monde (IRM : imagerie par résonnance magnétique).
Autre performance étonnante : placé au-dessus d’un supraconducteur, un aimant lévite ! D’où le projet japonais de train à grande vitesse Maglev (de l’anglais, Magnetic Levitation) qui lévite au-dessus de ses rails grâce à la supraconductivité. Une ligne expérimentale a été construite au Japon, sur laquelle la vitesse record de 581 km/h a été atteinte le décembre 2003.
Demain, de nombreux autres domaines comme l’archéologie, la géologie, les télécommunications ou encore le transport souterrain de l’électricité haute tension devraient avoir recours à cette étonnante supraconductivité.
La supraconductivité sort du laboratoire
Devant les propriétés remarquables des supraconducteurs (permettre de transporter de l’énergie électrique sans perte ou de générer de puissants champs magnétiques par exemple), on se mit à rêver d’une technologie nouvelle, utilisable dans la vie de tous les jours.
Il faudrait pour cela que la supraconductivité puisse être obtenue non pas avec des matériaux refroidis à quelques kelvins mais à température ambiante ou presque.
L’espoir d’obtenir rapidement cette technologie grandit en 1986 avec la découverte des supraconducteurs à hautes températures critiques par Georg Bednorz et Alex Müller. On cherche alors à comprendre les matériaux, tels les cuprates, dans lesquels une phase supraconductrice apparaît à « seulement » quelques dizaines de kelvins. Récemment, des travaux utilisant théorie des cordes ont peut-être permis d’y voir un peu plus clair.
De nos jours, les supraconducteurs sont présents dans de nombreux domaines. On peut citer l’électronique, l’imagerie médicale, les aimants du LHC, les Squids, des capteurs magnétiques ultrasensibles et l’on spécule même sûr les propriétés supraconductrices du vide ou d’éventuelles cordes cosmiques.
Qu’est-ce que la supraconductivité ?
La supraconductivité est un phénomène par lequel une charge se déplace à travers un matériau sans résistance.
Cela permet en théorie de transférer l’énergie électrique entre deux points avec une efficacité parfaite, sans rien perdre en chaleur.
Pourquoi les matériaux supraconducteurs sont-ils importants ?
Dans un monde idéal, nous aurions tous des matériaux supraconducteurs câblés dans notre électronique et nos réseaux électriques, économisant d’énormes quantités d’énergie et nous permettant d’entasser des circuits dans des espaces confinés.Malheureusement, il y a un hic. La plupart des matériaux supraconducteurs n’ont cette fonction utile qu’à des températures juste au-dessus du zéro absolu, où les atomes bougent à peine.
Comment fonctionne la supraconductivité ?![Comment ça marche] Qu'est-ce que la supraconductivité ? - YouTube](https://i.ytimg.com/vi/5SF98Ph8hSU/maxresdefault.jpg)
Ces supraconducteurs froids fonctionnent généralement en permettant aux électrons de surmonter leur répulsion habituelle les uns envers les autres et de se blottir les uns contre les autres pour former ce que l’on appelle des paires de Cooper. Dans cet état de basse énergie, l’identité de chaque électron individuel devient moins certaine. Cela leur permet de se glisser facilement dans la foule d’atomes.
Bien que la plupart des matériaux supraconducteurs soient des métaux, il existe des exceptions inhabituelles. Certains nécessitent l’ajout d’éléments supplémentaires pour «doper» le matériau et fonctionnent de manière subtilement différente qui défie les théories existantes.
Supraconducteurs à température ambiante
Ces dernières années, les chercheurs ont repoussé les limites de température sur le froid qu’un matériau supraconducteur doit avoir pour fonctionner. Le détenteur actuel du record est un composé de soufre et d’hydrogène, qui peut conduire l’électricité sans souci à une température relativement chaude de 203 Kelvin (-70 degrés Celsius ou -94 Fahrenheit).
Au fur et à mesure que les physiciens en apprendront davantage sur les matériaux supraconducteurs, ils développeront des modèles plus précis du phénomène, nous rapprochant peut-être encore plus des supraconducteurs qui peuvent fonctionner confortablement dans votre poche. Cause de la supraconductivité :
La cause de la supraconductivité est que les électrons perdent leur indépendance dans un supraconducteur. Les électrons libres constituent un nuage coopératif d’électrons et ce nuage coopératif d’électrons ne fait aucune collision avec des atomes/ions de supraconducteur et il n’y a donc pas de résistance.
Applications de la supraconductivité :
Les superconducteurs sont utilisés dans la fabrication d’électroaimants très puissants.
La supraconductivité joue un rôle important dans les travaux de recherche.
Il est utilisé pour produire des ordinateurs à très haute vitesse.
Les superconducteurs sont utilisés pour la transmission de l’énergie électrique.
La suggestion selon laquelle le courant critique non réciproque (NRC) pourrait être une propriété intrinsèque des supraconducteurs non centrosymétriques a suscité un regain d’intérêt théorique et expérimental motivé par une analogie avec la résistivité non réciproque due à l’effet magnétochiral dans des matériaux uniformes avec rupture spatiale et spatiale. symétrie d’inversion du temps. Théoriquement, il a été compris que les termes linéaires dans l’élan de la paire de Cooper ne contribuent pas au NRC, bien que le rôle des termes d’ordre supérieur reste incertain. Dans ce travail, nous montrons que la non-réciprocité du courant critique est une propriété générique des structures supraconductrices multicouches en présence de courants diamagnétiques générés par un champ magnétique. Dans le régime d’un couplage intermédiaire entre les couches, les tourbillons de Josephson devraient se former à des champs et des courants élevés. Expérimentalement, nous rapportons l’observation de NRC dans des nanofils fabriqués à partir d’hétérostructures InAs/Al. L’effet est indépendant de l’orientation cristallographique du fil, excluant une origine intrinsèque du NRC. L’évolution non monotone du NRC avec le champ magnétique est cohérente avec la génération de courants diamagnétiques et la formation des vortex de Josephson. Ce mécanisme NRC extrinsèque peut être utilisé pour concevoir de nouveaux dispositifs pour les circuits supraconducteurs.
https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/une-centenaire-la-supraconductivite_22712
https://gkscientist.com/phenomenon-of-superconductivity/