Supraconductivité - Définition

Classes de supraconducteurs

Supraconducteurs conventionnels

Certains physiciens définissent les supraconducteurs conventionnels comme étant ceux qui sont bien décrits par la théorie BCS. D'autres, plus spécifiques, les définissent comme ayant un mécanisme de formation de paire de Cooper qui fait intervenir l'interaction électrons - phonons.

Supraconducteurs non conventionnels

Les supraconducteurs non conventionnels sont les matériaux qui ont des propriétés de supraconduction mais ne se conforment pas à la théorie BCS ou à ses extensions.

Le premier supraconducteur non conventionnel fut découvert par Johannes Georg Bednorz et Karl Alexander Müller en 1985. Il s'agit d'une céramique composée d'oxydes mixtes de baryum, de lanthane et de cuivre dont la température critique est d'environ 35 K (-238 °C). Cette température était bien supérieure aux plus hautes températures critiques connues à cette époque (23 K) ; cette nouvelle famille de matériau fut appelée supraconducteur à haute température. Bednorz et Müller reçurent en 1987 le prix Nobel de physique pour leur découverte.

Depuis lors, de nombreux autres supraconducteurs à haute température ont été synthétisés. Dès 1987, on atteignit la supraconductivité au-dessus de 77 K, la température d'ébullition de l'azote, ce qui est très important pour les applications technologiques car l'azote liquide est bien moins onéreux que l'hélium liquide qui devait être utilisé jusqu'alors. Exemple YBa₂Cu₃O₇, T = 95_K.

La température critique record est d'environ 133 K (-140 °C) à la pression normale et des températures légèrement plus élevées peuvent être atteintes à des pressions plus élevées. Néanmoins, il est considéré comme peu probable qu'un matériau à base de cuprate puisse atteindre la supraconductivité à température ambiante.

Toutefois, ces dernières années, d'autres supraconducteurs non conventionnels ont été découverts. Parmi ceux-ci, certains ne sont pas supraconducteurs à haute température mais sont non conventionnels selon d'autres critères (par exemple, l'origine de la force à l'origine de la formation des paires de Cooper peut être différente que celle postulée par la théorie BCS) ; mais d'autres, ayant des températures critiques inhabituellement élevées mais n'étant pas à base de cuprate ont aussi été découverts. Certains de ces derniers pourraient être des exemples de supraconducteurs conventionnels extrêmes (on suspecte que c'est le cas du diborure de magnésium MgB₂, T = 39 K) ; d'autres ont des caractéristiques moins conventionnelles.

Supraconducteurs exotiques

On appelle « exotique » un matériau qui peut présenter, selon la température, des phases supraconductrices aussi bien que des phases ferromagnétiques. C'est le cas de l'ErRh₄B₄ qui devient supraconducteur au dessous de 8,6 K puis, lorsque la température baisse encore, perd sa supraconductivité vers 0,9 K pour devenir ferromagnétique.

Ce type de matériau n'a pas trouvé d'applications pratiques jusqu'à maintenant.