Supraconductivité
En 1911, Heike Kamerlingh Onnes découvrit la supraconductivité en étudiant la résistance du mercure solide à cryogénique Il observa que la résistance électrique du mercure chutait brutalement à zéro à une température critique (T_c) de 4,2 K. Ce phénomène, appelé supraconductivité, représente un état de la matière avec une résistance électrique exactement nulle et une expulsion des champs magnétiques.
Cette découverte découlait directement des travaux pionniers d'Onnes en physique des basses températures, et plus particulièrement de sa liquéfaction réussie de l'hélium en 1908. Cette avancée ouvrit un nouveau champ d'investigation expérimentale, jusqu'à environ 1 K. Onnes étudiait initialement le comportement de la résistance électrique des métaux purs à ces températures extrêmement basses. Les théories en vigueur suggéraient que la résistance se stabiliserait à une valeur constante ou augmenterait à nouveau lorsque le mouvement des électrons cesserait. Cependant, lorsque son équipe refroidit un échantillon de mercure solide, elle observa une disparition soudaine et complète de la résistance à 4,2 K. Onnes soupçonna d'abord un court-circuit, mais confirma rapidement que le phénomène était réel et intrinsèque au matériau. Il nomma ce nouvel état « supraconductivité » (devenue plus tard supraconductivité). Cette découverte fut révolutionnaire car la physique classique ne pouvait expliquer comment les électrons pouvaient se déplacer dans le réseau cristallin d'un matériau sans aucune perte d'énergie. Elle a marqué la naissance d'un nouveau domaine de la physique et a démontré l'existence de phénomènes quantiques macroscopiques, où les effets quantiques deviennent visibles à grande échelle. L'état de résistance nulle implique qu'un courant induit dans une boucle supraconductrice pourrait persister indéfiniment sans source d'alimentation, un concept vérifié ultérieurement par des expériences de courant persistant.
Les implications furent profondes, suggérant des possibilités de transmission d'énergie sans perte et la création d'aimants extrêmement puissants. Cependant, les températures extrêmement basses requises (températures de l'hélium liquide) ont rendu les applications pratiques difficiles pendant de nombreuses décennies. Cette découverte a stimulé un effort de recherche mondial pour trouver des matériaux présentant des températures critiques plus élevées et développer une compréhension théorique du mécanisme sous-jacent, une énigme qui est restée sans solution pendant près de 50 ans, jusqu'à l'avènement de la théorie BCS.
UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide
Perturbation
Révolutionnaire
Usage
Utilisation généralisée
Précurseurs
- liquéfaction de l'hélium (1908)
- développement de la cryogénie
- Modèle de conduction électrique de Drude
- études sur la résistance électrique à basse température
Applications
- imagerie par résonance magnétique (irm)
- accélérateurs de particules
- trains à sustentation magnétique
- dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (calmars)
- lignes de transport d'électricité
Idées d'innovations potentielles
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