|
Les supraconducteurs, des matériaux qui n'ont aucune
résistance au flux d'électricité, sont une des dernières grandes
frontières des découvertes scientifiques. Non seulement les
limites de la supraconductivité non pas encore été atteinte, mais
les théories qui expliquent le comportement des
supraconducteurs semblent constamment être en revision. En
1911 la supraconductivité a été d'abord observée dans le
mercure par le physicien hollandais Heike Kamerlingh Onnes
d'Université Leiden. Quand il l'a rafraîchi à la température de
l'hélium liquide, 4 degrés Kelvin, sa résistance a soudainement
disparu. L'échelle de Kelvin représente une échelle "absolue" de
température. Ainsi, il était nécessaire pour Onnes de venir dans 4 degrés de la
température la plus froide qui est théoriquement accessible pour être témoin du
phénomène de la supraconductivité. Plus tard, en 1913, il a gagné un Prix Nobel de
physique pour sa recherche dans ce secteur.
 |
Le grand événement marquant la compréhension du comportement de la matière aux
températures froides extrêmes est arrivé en 1933. Walter Meissner et Robert
Ochsenfeld ont découvert qu'un matériel de supraconducteur repoussera un champ
magnétique (voir l'image ci-haut). Un aimant se déplaçant près d'un conducteur envoie
des courants dans le conducteur. C'est le principe sur lequel le générateur électrique
fonctionne. Mais, dans un supraconducteur, les courants envoyés reproduisent
exactement le champ qui aurait autrement pénétré dans le matériel du supraconducteur
- repoussant ainsi l'aimant. On connaît ce phénomène comme démagnétisation et est
aujourd'hui souvent mentionné comme "l'effet de Meissner". L'effet de Meissner est si
fort qu'un aimant peut en réalité être soulevé par lévitation sur un matériel
supraconducteur.
Durant la décennie suivante, d'autres métaux de supraconductivité ont été découverts
soit des alliages et des composés. En 1941 le Niobium - Nitride a été trouvé pour
supraconduire à 16 K. En 1953 Silicium de vanadiums a montré des propriétés
superconductrices à 17.5 K.. En 1962 les scientifiques à Westinghouse ont développé
le premier fil supraconducteur commercial, un alliage de Niobium et le Titanium. La
première utilisation de ce fil de haute énergie fut des électro-aimants pour accélérateur
de particule, cependant, il n'est apparu qu'en 1987 où il a été employé au Fermilab
Tevatron.
|
John Bardeen, Leon Cooper et John Schrieffer |
|
La première compréhension théorique largement acceptée de supraconductivité a été
avancée en 1957 par des physiciens américains John Bardeen, Leon Cooper et John
Schrieffer (ci-dessus). Leurs Théories de Supraconductivité sont devenues comme la
théorie BCS - tiré de la première lettre du nom de famille de chaque homme - et leur
ont mérité un prix Nobel en 1972. La théorie mathématique et complexe BCS a
expliqué la supraconductivité aux températures près du zéro absolu pour des éléments
et des alliages simples. Cependant, aux températures plus hautes et avec des
systèmes de supraconducteur différents, la théorie BCS est par la suite devenue
inadéquate dans l'explication complète du phénomène de la supraconductivité.
Un autre avancement théorique significatif est arrivé en 1962 où
Brian D. Josephson, un étudiant de troisième cycle à l'Université de
Cambridge, a prévu que le courant électrique coulerait entre 2
matériaux supraconducteurs - même quand ils sont séparés par un
élément non-supraconducteur ou un isolant. Sa prédiction fut
confirmée plus tard et lui permit de gagner une part du Prix Nobel
de Physique de 1973. On connaît aujourd'hui ce phénomène de
tonnelage comme celui de "l'effet Josephson" et ont été appliqué
aux dispositifs électroniques comme le CALMAR, un instrument
capable de détecter les champs magnétiques les plus faibles.
Les années 1980 furent une décennie de découverte sans précédent dans le domaine
des supraconducteurs. En 1964 Bill Little de l'Université Stanford avait suggéré la
possibilité de supraconducteurs organiques (à base de carbone). Le premier de ces
supraconducteurs théoriques a été synthétisé avec succès en 1980 par le Chercheur
danois Klaus Bechgaard de l'Université de Copenhague et 3 membres d'équipe
française. (TMTSF)2PF6 a dû être rafraîchi à un incroyablement froid de 1.2K
latempérature de transition (connu comme Tc) et soumis à de haute pression pour
superconduire. Mais, sa simple existence a prouvé la possibilité de la création de
molécules - des molécules modelées pour s'exécuter d'une façon prévisible.
|
Alex Müller et Georg Bednorz |
|
Alors, en 1986, une véritable découverte a été faite dans le domaine de la
supraconductivité. Alex Müller et Georg Bednorz (ci-dessus), des chercheurs au
Laboratoire de recherches IBM à Rüschlikon en Suisse, ont créé un composé de
céramique fragile qui a superconduit à la température la plus haute alors connue soit 30
K. Ce qui a rendu remarquable cette découverte était que la céramique est
normalement un isolant. Ils ne conduisent pas du tout l'électricité. Ainsi, les chercheurs
ne les avaient pas considérés comme de possibles éléments supraconducteurs de
haute température. Le Lanthanum, le Baryum, le Cuivre et le composé d'Oxygène que
Müller et Bednorz ont synthétisés, leurs comportements ne sont pas encore compris.
(Article original imprimé dans Zeitschrift für Physik Question condensée, avril 1986.) la
découverte de ce premier supraconducteur de céramique a fait gagné aux 2 hommes
un Prix Nobel l'année suivante. Il fut prouvé par la suite que des quantités minuscules
de ce matériel superconduisaient en réalité à 58 K, grâce à une petite quantité de
plomb ajouté comme une norme de calibrage - rendant la découverte encore plus
remarquable.
La découverte de Müller et Bednorz a déclenché une rafale d'activité dans le domaine
de supraconductivité. Les chercheurs ont dans le monde entier commencé "à faire
cuire" la céramique en imaginant diverse combinaison à la recherche de Tc de plus
haut en plus haut. En janvier de 1987 une équipe de recherche de l'Université de
l'Alabama - Huntsville a substitué Yttrium au Lanthanum dans la molécule de Müller et
Bednorz et a réalisé un incroyable 92 K Tc. Pour la première fois un matériel
(aujourd'hui mentionné comme YBCO) avait été trouvé qui permettait la
supraconductivité à des températures plus chaud que l'azote liquide - qui est un liquide
de refroidissement facilement disponible. Des événements marquants complémentaires
ont depuis été réalisés en utilisant des éléments exotiques - et souvent le toxique -
dans la base de céramique perovskite. La classe actuelle (ou "le système") de
supraconducteurs de céramiques avec les températures de transition la plus haute est
le mercuric-cuprates. La première synthèse d'un de ces composés a été réalisée par le
professeur Dr.Ulker Onbasli de l'Université du Colorado en 1993.
Le record du monde Tc de 138 K
est maintenant détenu par un enduit de thallium, incluant du mercuric
-cuprate quie est un des éléments du Mercure, le Thallium, le Baryum, le Calcium, le
Cuivre et l'Oxygène. Le Tc de ce supraconducteur céramique a été confirmé par Dr.
Ron Goldfarb de l'Institut National de Standards et de technologie du Colorado en février
de 1994. Sous une pression extrême son Tc peut être poussé même plus haut -
approximativement de 25 à 30 degrés de plus à 300,000 atmosphères.
Tandis qu'aucuns avancements significatifs dans la supraconductivité Tc ont été
réalisés ces dernières années, d'autres découvertes d'importance égale ont été faites.
En 1997 les chercheurs ont découvert qu'à une température très près du zéro absolu un
alliage d'or et indium était supraconducteur et un aimant naturel. L'opinion générale
admise qu'un matériel avec de telles propriétés ne pouvait pas exister! Plus récemment
, il y eut la découverte du premier supraconducteur à une température élevée qui ne
contient pas de cuivre - et la découverte du premier supraconducteur en plastique!
Les découvertes comme ceux-ci forcent les scientifiques à continuellement ré-examiner
de nouveau les théories sur la supraconductivité et à imaginer de nouvelle combinaison
d'éléments.
|
Jacqueline et Alexandre
