Lévitation magnétique d’un supraconducteur

Lévitation magnétique d’un supraconducteur
Un bref historique L’histoire de la supraconductivité commence en 1908 avec la découverte par le physicien néerlandais Kamerlingh Onnes (Prix Nobel de physique 1913) du processus de liquéfaction d’un gaz rare: l’hélium (He) (température de liquéfaction: 4 K soit -269 °C !). Cette découverte lui permit de développer de nouvelles techniques offrant la possibilité d’étudier l’évolution des propriétés physiques et chimiques de certains composés à basses températures. Il a notamment remarqué que la résistance électrique de bons conducteurs tels le cuivre, l’or et l’argent diminuait en fonction de la température pour présenter une résistance minimum près du zéro absolu (Figure 1a). En poursuivant ses recherches, Onnes Kamerlingh découvre en 1911 que le mercure (Hg) présente un comportement tout à fait inattendu en dessous de 4.2 K (Figure 1b).

En effet, il observe qu’à cette température, la résistance électrique du mercure chute brutalement pour devenir nulle. C’est la première observation du phénomène de supraconductivité. Un matériau est supraconducteur lorsqu’il présente, en dessous d’une certaine température critique (TC), une résistance électrique nulle au passage du courant. On s’aperçut par la suite que la supraconductivité n’était pas un phénomène rare. A ce jour, on a relevé plus de 40 éléments, 2000 alliages métalliques ainsi que de nombreux composés organiques présentant un comportement supraconducteur. Le problème majeur était, jusqu’il y a peu, que la plus haute TC était seulement de 23.3 K (-249.9 C). Il était donc nécessaire pour observer et utiliser la supraconductivité de recourir à des techniques de réfrigération coûteuses et peu aisées à mettre en œuvre. De nouveaux matériaux céramiques, découverts initialement par Bednorz et Müller (Prix Nobel de Physique 1987) ont toutefois mené en 1986 à des augmentations remarquables de la valeur de TC.
Evolution des TC au cours du temps
L ’effet Meissner-Ochsenfeld En 1933, Meissner et Ochsenfeld ont découvert une propriété supplémentaire des supraconducteurs: l’effet Meissner. Ils ont montré que les supraconducteurs, pour une température (T) inférieure à TC, possèdent non seulement une résistance électrique nulle mais également un comportement de diamagnétique idéal. En d’autres termes, cela signifie qu’en dessous de TC, les supraconducteurs sont imperméables aux champs magnétiques (H). L’effet Meissner constitue la base du phénomène de lévitation magnétique.
Lévitation magnétique du supraconducteur YBa2Cu3Ox (x entre 6 et 7) Le supraconducteur YBa2Cu3Ox est un composé à valence mixte possédant une TC de 95 K. La notion de valence mixte signifie que le cuivre possède dans le même composé, les deux étages d’oxydation +2 et +3. Cette particularité provient de la structure cristalline en couches du composé. Il y a alternance des plans: CuO, BaO, CuO2, Y, CuO2 et BaO La variation de l’étage d’oxydation des atomes de cuivre dépend du nombre d ’atomes d’oxygène qui leurs sont associés.

Suite à la TC relativement élevée (95 K) de ce supraconducteur, il est possible, en utilisant de l’azote liquide (T = 77K) peu coûteux, d’observer l’effet Meissner.
Pour plus de renseignements sur ce document, contactez Geoffrey Pourtois, Service de Chimie des Matériaux Nouveaux Retour vers l'index des documents de vulgarisation. Retour vers la page d'entrée de l'Institut de Chimie.