[News] Les électrons c’est du solide…

[Michel]

Le Laboratoire de physique des solides (1) fête ce mois-ci son 50e anniversaire. Mais ici, pas de crise de la cinquantaine : à côté d'expériences fascinantes, les découvertes de taille s'enchaînent toujours, notamment en ce qui concerne les intrigantes propriétés électroniques de la matière... Deux ordinateurs. À gauche, une armoire pleine d'écrans et de boutons de contrôle. Des tuyaux, des câbles électriques qui courent du sol au plafond. Sur le côté, un petit établi où tra...

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[houri smail]

Bonjour,

"Dans les métaux, la supraconductivité est bien connue des physiciens. Elle survient lorsque la température avoisine le zéro absolu (– 273,15 °C), et se manifeste par une disparition de la résistance au passage d'un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique (électrons).). Les physiciens savent depuis les années 1960 qu'elle est le fruit de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une...) entre les électrons et les vibrations de la matrice cristalline où elle circule."

Que dire des électrolytes dont la conductivité électrique augmente avec l'élévation de la température?
Et du verre qui devient conducteur d'électricité lorsqu'il est chauffé au rouge?

Si tous les électrons produisaient simultanément les effets du magnétisme et de la supraconduction, pourquoi se comporteraient-ils de façon contradictoire dans des éléments différents comme par ex. dans les matériaux de synthèse?

La cause en est peut-être due au fait que la structure de l'atome isolé et mis dans des conditions de température particulières joue un rôle primordial dans les propriétés électroniques.

D'où aussi, la possibilité de croire que les aimants permanents, en raison de la structure particulière de leurs molécules, ont la propriété de piéger le mouvement des électrons dans leur masse par une sorte d'"auto-induction interne", et qui perdent totalement leur propriété à certaines températures.

[Maulus]

Pour les aimants permanents c'est une histoire de spinn, tous dans le même sens = génération d'un moment magnétique permanent.

Sinon pour le reste, c'est un point de vue interessant. C'est vrai après tout, d'ou viennent ces propriétés, ya t il un rapport entre elle suivant la température, le matériel, les atomes ?

[Bap2703]

Que dire des électrolytes dont la conductivité électrique augmente avec l'élévation de la température?
Et du verre qui devient conducteur d'électricité lorsqu'il est chauffé au rouge?

Bien sûr que les propriétés électroniques dépendent de la température et de l'arrangement des atomes au sein des matériaux.
Un isolant ne conduit pas l'électricité car ses électrons ne sont pas mobiles (cas du verre). En le chauffant certains électrons acquièrent suffisamment d'énergie pour se mouvoir à longue distance par rapport au réseau atomique : il devient conducteur.

Si tous les électrons produisaient simultanément les effets du magnétisme et de la supraconduction, pourquoi se comporteraient-ils de façon contradictoire dans des éléments différents comme par ex. dans les matériaux de synthèse?

Les matériaux comportent des charges négatives et positives à la fois. Globalement ils sont neutres. C'est pareil pour grand nombre de propriétés électroniques qui n'apparaissent que lorsque suffisamment d'électrons se comportent de manière similaire. Et pour arriver à cela il faut jouer avec les matériaux : composition, structure atomique, dimension (1D, 2D, 3D), température, etc.

[bongo1981]

Bonjour,

"Dans les métaux, la supraconductivité est bien connue des physiciens. Elle survient lorsque la température avoisine le zéro absolu (– 273,15 °C), et se manifeste par une disparition de la résistance au passage d'un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique (électrons).). Les physiciens savent depuis les années 1960 qu'elle est le fruit de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une...) entre les électrons et les vibrations de la matrice cristalline où elle circule."

Que dire des électrolytes dont la conductivité électrique augmente avec l'élévation de la température?

La conduction dans les métaux est directement liée à a mobilité des électrons dans les cristaux. Plus la température est élevée plus les atomes dans le réseau cristallin vibre, et plus les électrons ont de mal à circuler. C'est comme si tu marchais dans un couloir, si le sol se dérobe, bouge, n'est pas régulier, tu vas perdre de l'énergie pour avancer.
En dessous d'une dertaine température, tu vas avoir plus de facilité.

Pour les électrolytes, les porteurs de charges ne sont plus les électrons, mais les ions dans la solution. Plus la concentration en ion augmente, plus la résistance diminue.
Si tu augmentes la températures, tu augmentes la vitesse moyenne des porteurs de charge, donc la résistance diminue.

Et du verre qui devient conducteur d'électricité lorsqu'il est chauffé au rouge?

Si tous les électrons produisaient simultanément les effets du magnétisme et de la supraconduction, pourquoi se comporteraient-ils de façon contradictoire dans des éléments différents comme par ex. dans les matériaux de synthèse?

ET bien c'est la question que l'on se pose, et peut-être une meilleure compréhension permettra de réunir ces deux phénomènes et de ne plus les considérer comme contradictoires.

La cause en est peut-être due au fait que la structure de l'atome isolé et mis dans des conditions de température particulières joue un rôle primordial dans les propriétés électroniques.

D'où aussi, la possibilité de croire que les aimants permanents, en raison de la structure particulière de leurs molécules, ont la propriété de piéger le mouvement des électrons dans leur masse par une sorte d'"auto-induction interne", et qui perdent totalement leur propriété à certaines températures.

[houri smail]

Bonjour,


Bap2703 a dit: "Un isolant ne conduit pas l'électricité car ses électrons ne sont pas mobiles (cas du verre). En le chauffant certains électrons acquièrent suffisamment d'énergie pour se mouvoir à longue distance par rapport au réseau atomique : il devient conducteur."

et bongo1981 a ajouté: " La conduction dans les métaux est directement liée à a mobilité des électrons dans les cristaux. Plus la température est élevée plus les atomes dans le réseau cristallin vibre, et plus les électrons ont de mal à circuler. C'est comme si tu marchais dans un couloir, si le sol se dérobe, bouge, n'est pas régulier, tu vas perdre de l'énergie pour avancer.
En dessous d'une certaine température, tu vas avoir plus de facilité."

Je peux être d'accord avec vous en ce qui concerne les isolants. Alors, pourquoi les conducteurs d'électricité usuels, les métaux, deviendraient-ils supraconducteurs à très basse température? Et suivant votre raisonnement, leurs électrons devraient être moins libres quand la température baisse énormément, donc moins conductrices d'électricité.

[buck]

Je suis pas sur que tu ai compris la derniere phrase de bongo ;)
Pour le fonctionnement de la supra: Paires de cooper, ou 2 electrons se trouvent liees quantiquement, et donc peuvent se deplacer correctement dans le materiau sans etre gene par ce materiau : > faible resistance
De plus a basse temperature, il n'y quaisment plus de vibrations du reseau cristallin, dc un facteur de moins de resistance

[houri smail]

Bonjour,

buck a dit: "Je suis pas sur que tu ai compris la derniere phrase de bongo
Pour le fonctionnement de la supra: Paires de cooper, ou 2 electrons se trouvent liees quantiquement, et donc peuvent se deplacer correctement dans le materiau sans etre gene par ce materiau : > faible resistance
De plus a basse temperature, il n'y quaisment plus de vibrations du reseau cristallin, dc un facteur de moins de resistance"

Non, j'ai bien compris la dernière phrase de bongo. Seulement, je voulais tout simplement comparer deux propositions à priori contradictoires mais qui ne s'opposent pas, étant donné la nature différente des supports (conducteurs et isolants) dont la structure atomique n'est pas la même. Je voulais aussi poser la question sous d'autres rapports, à savoir le rôle du principe fondamental de l'action et réaction dans le déplacement des particules conductrices d'électricité sur un matériau conducteur à basse température ou sur un isolant chauffé. Et c'est ce dernier facteur qui semble régir le mécanisme de transmission de l'énergie électrique à travers des matériaux différents dans des conditions de températures particulières.

[buck]

Salut Houri
Ce n’est pas la structure atomique qui joue mais cristalline c'est à dire leur répartition dans le solide.
Ensuite les modes de transmission du courant différent pas mal en fonction du régime ou tu es: paires de Cooper en supra, changement de niveau de bandes en semi-conducteur, transfert de proche en proche dans un métal, balistique en cas de forte tension ou énergie, saut quantique par effet tunnel (semi conducteur au niveau de l'oxyde de grille) et ceci est modulé par la disposition cristalline du support. Si on a un matériau amorphe le matériau sera plutôt isolant, si cristallin plutôt conducteur, métallique = conducteur en général ...
Hors supra, aucun matériau n'est un pur isolant (même l'air claque a 3MV) ou un pur conducteur (un des meilleurs c'est l'argent, puis le cuivre et l'alu) ce qui fait qu'un fil très très fin de cuivre sera plutôt isolant que conducteur.
Si tu chauffes un isolant tu fais intervenir divers phénomènes: augmentation de la vibration des atomes, qui pour revenir à un état stable vont avoir tendance à lâcher un électron. Ces électrons lâchés, combiné aux électrons libres existant prennent de l'énergie, donc de la vitesse. Hors en prenant de la vitesse ces électrons se trouvent moins sensible a leur capture par les atomes du matériau (diminution de la section efficace par exemple) et obtiennent une trajectoire balistique ou ils se comportent comme un obus sans être gêné par le matériau lui même.
Pour un matériau supra (mettons un métal) ca diffère de cette approche. Déjà le métal de part ses capacités atomique lâche un grand nombre d'électrons libres, et de part les propriétés atomique des atomes ils sont faiblement recapture par ces atomes. Ici les électrons se baladent très facilement à la surface du matériau. Ils obtiennent une bonne vitesse de déplacement, et heurtent qd même les atomes du métal, ce qui les ralenti un peu, et dc échauffe le matériau et donne l'effet joule.
Qd ce matériau passe en mode supra sous une certaine température, chaque électrons se trouvent intrique quantiquement avec un autre. Ce qui fait que qd l'un se déplace l'autre aussi même si il tombe sur un atome (ce passage je ne l'ai pas encore compris) ce qui fait que l'atome "choqué" ne l'est pas, un peu comme si il était invisible pour l'électron, sorte de super effet tunnel je dirais, donc pas d'échauffement de l'atome, pas de désexcitation de celui ci, pas d'échauffement du matériau, pas d'effet joule.

[houri smail]

Bonjour buck,

Vos explications sont intéressantes.
Merci pour la discussion.

Cordialement et à bientôt!

[buck]

De rien :D