Découverte d’un supraconducteur naturel

By CR

En rappel, la supraconductivité ou supraconduction est un phénomène physique caractérisé par l’absence de résistance électrique et l’expulsion du champ magnétique (l’effet Meissner) à l’intérieur de certains matériaux dits supraconducteurs.

Découverte historiquement en premier, elle est nommée plus communément la supraconductivité conventionnelle et se manifeste à des températures très basses, proches du zéro absolu, soit −273,15°C. Elle permet notamment de transporter de l’électricité sans perte d’énergie. Ses applications potentielles sont stratégiques.

Dans les supraconducteurs conventionnels, des interactions complexes se produisent entre les atomes et les électrons libres conduisant à l’apparition de paires liées d’électrons, appelées paires de Cooper. L’explication de la supraconductivité est intimement liée aux caractéristiques quantiques de la matière. Alors que les électrons sont des fermions, les paires d’électrons se comportent comme des bosons de spin égal à 0, cet état est nommé singulet. Ces paires d’électrons sont « condensées » dans un seul état quantique sous la forme d’un superfluide de paires de Cooper.

Un effet similaire de la supraconductivité est la superfluidité, caractérisant un écoulement sans aucune résistance. C’est-à-dire qu’une petite perturbation soumise à ce type de liquide ne s’arrête jamais, de la même façon que les paires de Cooper se déplacent sans aucune résistance dans un supraconducteur.

D’autres classes de matériaux existent également et sont collectivement appelés « supraconducteurs non conventionnels », par opposition à la dénomination de supraconductivité conventionnelle, dont les propriétés ne sont pas expliquées par la théorie BCS. En particulier, la classe des cuprates ou « supraconducteurs à haute température critique », découverte en 1986, présente des propriétés supraconductrices à des températures bien plus élevées que les supraconducteurs conventionnels. Cependant, ce que les physiciens nomment « haute température » reste extrêmement bas en comparaison aux températures à la surface de la Terre, le maximum étant de 133 K (Kelvin), soit −140°C, mais sont parfois au-dessus de la température de liquéfaction de l’azote en azote liquide à 77 K, soit -196°C.

Bien que ce sujet soit, depuis le début des années 1990, l’un des plus étudiés de la physique du solide, en 2010, aucune théorie unique ne décrit de façon satisfaisante le phénomène de la supraconductivité non conventionnelle. La théorie des fluctuations de spin est l’une des plus prometteuses et permet de reproduire abondamment des propriétés de l’hélium 3, des fermions lourds ainsi que des cuprates. Dans cette théorie, l’appariement se fait par échange de fluctuations de spin, sans qu’aucun consensus ne soit à ce jour établi. Cette théorie pourrait également permettre d’expliquer la supraconductivité des supraconducteurs à base de fer.

Cf. Wikipédia.

Et récemment, une découverte d’un cas unique dans la nature de supraconductivité a été rapportée. « Observé pour la première fois en Russie et dénommé miassite, un matériau naturel transporte le courant électrique sans aucune perte d’énergie et se comporte comme un supraconducteur à haute température, ont mis en évidence des chercheurs américains. Premier spécimen du genre, il pourrait permettre de mieux comprendre ce phénomène et élargir les champs d’applications des supraconducteurs. » Par Franck Daninos. Sciences et Avenir.