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Supraconductivité

1911-04-08
  • Heike Kamerlingh Onnes
Dispositif de laboratoire cryogénique démontrant la supraconductivité avec du mercure solide.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

En 1911, Heike Kamerlingh Onnes découvrit la supraconductivité en étudiant la résistance du mercure solide à cryogénique temperatures. He observed that the electrical resistance of mercury abruptly dropped to zero at a température critique ([latex]T_c[/latex]) of 4.2 K. This phenomenon, termed superconductivity, represents a state of matter with exactly zero electrical resistance and expulsion of magnetic fields.

The discovery was a direct consequence of Onnes’s pioneering work in low-temperature physics, specifically his successful liquefaction of helium in 1908. This achievement opened up a new temperature regime for experimental investigation, down to about 1 K. Onnes was initially investigating how the electrical resistance of pure metals behaved at these extremely low temperatures. Prevailing theories suggested that resistance would either level off to a constant value or increase again as electron motion ceased. However, when his team cooled a sample of solid mercury, they observed a sudden, complete disappearance of resistance at 4.2 K. Onnes initially suspected a short circuit but soon confirmed the phenomenon was real and intrinsic to the material. He called this new state “supraconductivity” (later superconductivity). This discovery was revolutionary because classical physics could not explain how electrons could move through a material lattice without any energy loss. It marked the birth of a new field of physics and demonstrated the existence of macroscopic quantum phenomena, where quantum effects become visible on a large scale. The zero-resistance state implies that a current induced in a superconducting loop could persist indefinitely without a power source, a concept later verified in persistent current experiments.

The implications were profound, suggesting possibilities for lossless energy transmission and the creation of extremely powerful magnets. However, the extremely low temperatures required (liquid helium temperatures) made practical applications challenging for many decades. The discovery spurred a global research effort to find materials with higher critical temperatures and to develop a theoretical understanding of the underlying mechanism, a puzzle that would remain unsolved for nearly 50 years until the advent of the BCS theory.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Taper

Propriété physique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • liquéfaction de l'hélium (1908)
  • le développement de cryogénie
  • Modèle de conduction électrique de Drude
  • études sur la résistance électrique à basse température

Applications

  • magnetic resonance imaging (mri)
  • accélérateurs de particules
  • trains à sustentation magnétique
  • dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (calmars)
  • lignes de transport d'électricité

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • processeurs informatiques supraconducteurs à température ambiante
  • modules de transport personnels à sustentation magnétique
  • city-scale stockage d'énergie magnétique supraconductrice (PME)
  • blindage supraconducteur pour engins spatiaux contre les rayonnements cosmiques
  • réseau électrique mondial sans perte
  • scanners IRM portables à haut champ pour ambulances
  • informatique quantique basée sur des qubits supraconducteurs stables à haute température
  • muscles artificiels supraconducteurs pour la robotique
  • systèmes de lancement électromagnétiques pour l'exploration spatiale
  • réacteurs à fusion avec confinement magnétique plus compact et plus efficace
En lien avec : supraconductivité, Heike Kamerlingh Onnes, température critique, résistance nulle, mercure, cryogénie, physique des basses températures, transition de phase matière condensée, la mécanique quantique.

Contexte historique

Supraconductivité

1907
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1904
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1916

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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