Trois approches de la supraconductivité et Rétrospective

Trois approchesRétrospective

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Trois approches de la supraconductivitéet

Rétrospective des activitésExtraits du Travail de Maturité

Julián Cancino

Groupe du Prof. Øystein FischerDPMC – Université de Genève

20 janvier 2005

Julián Cancino Séminaire du 20 janvier 2005


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Trois approches de la supraconductivitéApproche historiqueApproche empiriqueApproche théorique

Rétrospective des activitésExtra-muros 2003Extra-muros 2004École d’été de MaNEP à Saas Fee 2004

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Approche historiqueApproche empiriqueApproche théorique

Trois approches de la SC



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SC à bas Tc

Découverte 1

"En 1911, H. Kammerlingh Onnes découvre le phénomène étonnantde la supraconductivité (SC)." Cette phrase, véritable leitmotiv desintroductions de livres sur la SC, paraît bien froide au jourd’aujourd’hui.

Mais qu’a-t-il donc vu au juste ?

1H. Kammerlingh Onnes, Comm. Phys. Lab. Univ. Leiden 119, 120, 122 (1911).



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SC à bas Tc

Découverte 1

"En 1911, H. Kammerlingh Onnes découvre le phénomène étonnantde la supraconductivité (SC)." Cette phrase, véritable leitmotiv desintroductions de livres sur la SC, paraît bien froide au jourd’aujourd’hui.

Mais qu’a-t-il donc vu au juste ?

1H. Kammerlingh Onnes, Comm. Phys. Lab. Univ. Leiden 119, 120, 122 (1911).



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SC à bas Tc

La resistance du mercuredisparaît totalement endessous de 4.2 K : c’est satempérature critique (Tc ).

La resistance eststrictement nulleen-dessous de Tc :

R = 0.000000000000[Ω]



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SC à bas Tc

La resistance du mercuredisparaît totalement endessous de 4.2 K : c’est satempérature critique (Tc ).

La resistance eststrictement nulleen-dessous de Tc :

R = 0.000000000000[Ω]



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SC à bas Tc

À la suite de cette découverte, on étudie de façon très systématiquede nombreux composés et on voit la SC apparaître dans :

I Des éléments purs : 9.2 K, Nb.I Des alliages métalliques : 23.3 K, Nb3Ge.I Des composés à ions magnétiques : 14.7 K, PbMo6S8.I Des composés à fermions lourds : 0.87 K, UBe13.I Des composés organiques : 1.2 K, (TMTSF)2PF6.



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SC à bas Tc


I Des éléments purs : 9.2 K, Nb.I Des alliages métalliques : 23.3 K, Nb3Ge.

I Des composés à ions magnétiques : 14.7 K, PbMo6S8.I Des composés à fermions lourds : 0.87 K, UBe13.I Des composés organiques : 1.2 K, (TMTSF)2PF6.



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SC à bas Tc


I Des éléments purs : 9.2 K, Nb.I Des alliages métalliques : 23.3 K, Nb3Ge.

I Des composés à ions magnétiques : 14.7 K, PbMo6S8.

I Des composés à fermions lourds : 0.87 K, UBe13.I Des composés organiques : 1.2 K, (TMTSF)2PF6.



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SC à bas Tc


I Des éléments purs : 9.2 K, Nb.I Des alliages métalliques : 23.3 K, Nb3Ge.I Des composés à ions magnétiques : 14.7 K, PbMo6S8.

I Des composés à fermions lourds : 0.87 K, UBe13.I Des composés organiques : 1.2 K, (TMTSF)2PF6.



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SC à bas Tc


I Des éléments purs : 9.2 K, Nb.I Des alliages métalliques : 23.3 K, Nb3Ge.I Des composés à ions magnétiques : 14.7 K, PbMo6S8.I Des composés à fermions lourds : 0.87 K, UBe13.I Des composés organiques : 1.2 K, (TMTSF)2PF6.



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SC à haut Tc

Révolution suisse 2

En 1986, deux physiciens du centre IBM de Rüschlikon aperçoiventla SC à ∼35 K dans un oxyde. Une nouvelle ère commence.

On parle dès lors de SC à haut-Tc .

Dès l’année suivante 3, on passe au dessus de la température del’azote liquide (77 K) avec le composé YBa2Cu3O7−δ qui devientSC à 92 K.

Le record actuel de Tc est atteint en 1995 4 par le composéHg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33 : 135 K.(Sous pression on peut encore gagner quelques degrés.)

2J. G. Bednorz and K. A. Müller, Z. Phys. B 64, 189 (1986).3M. K. Wu et al., Phys. Rev. Lett. 58, 908 (1987).4P. Dai et al., Physica C 243, 201 (1995).



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SC à haut Tc









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SC à haut Tc









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SC à haut Tc









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Résistivité nulle

La propriété la plus connue des SC est celle qu’évoque leur nom : lacapacité à transporter un courant sans opposer de résistance etdonc sans dissipation d’énergie sous forme de chaleur.

Dans une boucle SC, un courant permanent pourrait persisterthéoriquement plus de 100’000 ans 5 !

Cette propriété offre des perspectives intéressantes dans le domainedu transport de courant sans pertes.

Mais attention, il serait trop réducteur de définir la SC par cetteseule propriété comme on va le voir.

5M. Tinkham, Introduction to superconductivity, New York, 1996, 454 pp.



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Résistivité nulle








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Résistivité nulle








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Résistivité nulle








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Effet Meißner 6

En 1933, W. Meißner et R. Ochsenfeld montrent que dans un SC lechamp magnétique est nul :

B = 0

C. J. Gorter propose alors d’adopter cette propriété commecaractéristique fondamentale des matériaux SC.

6W. Meißner and R. Ochsenfeld, Naturwiss. 21, 787 (1933).



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Effet Meißner 6


B = 0





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Effet Meißner 6


B = 0





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Cond. parfait, SC, Ba : champ appliqué, B : champ interne, t , TTc

Refroidissement sanschamp magnétique

Refroidissement avecchamp magnétique



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Mais...

L’hypothèse de C. J. Gorter subit très vite une défaite notoire.

En effet, L. V. Shubnikov montre en 1937 que certains alliagesmétalliques présentent une conductivité infinie, mais ne rejettentpas totalement le champ magnétique au dessus d’un certain seuil 7.Autrement dit,

B 6= 0

On décide alors de diviser les SC en deux types.

7L. V. Shubnikov, V. I. Khotkevich, Y. D. Shepelev, and Y. N. Riabinin, JETP 7, 221 (1937).



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Mais...



B 6= 0





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Mais...



B 6= 0





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Mais...



B 6= 0





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Deux types de SC : Type-I

Ba < Bac ⇒ MeißnerBa = Bac ⇒ I ntermédiaireBa > Bac ⇒ Normal



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Deux types de SC : Type-II

Ba < Bac1 < Bac2 ⇒ MeißnerBac1 < Ba < Bac2 ⇒ ShubnikovBac1 < Bac2 < Ba ⇒ Normal



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Effet isotopique

On a aussi découvert que différents isotopes du même élément ontdes Tc différent suivant la loi empirique

Tc ∝ A−α

Dans cette loi A est la masse atomique de l’élément considéré et αest un coefficient déterminé expérimentalement.

La théorie BCS prévoit α = 12 (si la SC est uniquement due aux

vibrations du réseau).



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Effet isotopique

On a aussi découvert que différents isotopes du même élément ontdes Tc différent suivant la loi empirique

Tc ∝ A−α

Dans cette loi A est la masse atomique de l’élément considéré et αest un coefficient déterminé expérimentalement.

La théorie BCS prévoit α = 12 (si la SC est uniquement due aux

vibrations du réseau).



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Thermodynamique

Une première approche phénoménologique du phénomène de la SCpermet de mettre en évidence l’évolution des diverses grandeursthermodynamiques avec la température.

Sur les diapositives suivantes, on peut voir :

I L’énergie libre F(T ),I L’entropie S(T ),I L’énergie interne U(T ),I La chaleur spécifique C(T ).

Les paramètres sont ceux du mercure : γ = 200 [Jm−3K−1],Tc = 7.2 [K] et Bac (0) = 80.3·10−3 [T].



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Thermodynamique


Sur les diapositives suivantes, on peut voir :

I L’énergie libre F(T ),I L’entropie S(T ),I L’énergie interne U(T ),I La chaleur spécifique C(T ).




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Thermodynamique


Sur les diapositives suivantes, on peut voir :I L’énergie libre F(T ),

I L’entropie S(T ),I L’énergie interne U(T ),I La chaleur spécifique C(T ).




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Thermodynamique


Sur les diapositives suivantes, on peut voir :I L’énergie libre F(T ),I L’entropie S(T ),

I L’énergie interne U(T ),I La chaleur spécifique C(T ).




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Thermodynamique


Sur les diapositives suivantes, on peut voir :I L’énergie libre F(T ),I L’entropie S(T ),I L’énergie interne U(T ),

I La chaleur spécifique C(T ).




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Thermodynamique


Sur les diapositives suivantes, on peut voir :I L’énergie libre F(T ),I L’entropie S(T ),I L’énergie interne U(T ),I La chaleur spécifique C(T ).




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Thermodynamique


Sur les diapositives suivantes, on peut voir :I L’énergie libre F(T ),I L’entropie S(T ),I L’énergie interne U(T ),I La chaleur spécifique C(T ).




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Thermodynamique

Fn(T ) = −12γT 2

Sn(T ) = γT

Un(T ) =12γT 2

Cn(T ) = γT

∆Fns(T ) =B2

ac(T )

2µ0

Fs(T ,Ba) = −12γT 2 − 1

2µ0(B2

ac(T )− Ba2)

Ss(T ) = γT +1µ0

Bac(T )d

dTBac(T )

Us(T ,Ba) =12γT 2 − 1

2µ0(B2

ac(T )− Ba2)

+Tµ0

Bac(T )d

dTBac(T )

Cs(T ) = γT +Tµ0

Bac(T )d2

dT 2 Bac(T )

+Tµ0

(d

dTBac(T )

)2



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Thermodynamique

On voit que certaines de ces expressions demandent l’expression deBac en fonction de la température.

On a déterminé empiriquement que le champ critiquethermodynamique varie avec la température selon,

Bac(T ) = Bac(T = 0)(1− T 2

T 2c

)

Réciproquement, si un champ magnétique Ba est appliqué, Tc varieselon :

Tc(Ba) = Tc(Ba = 0)√

1− Ba/Bac(T = 0)

De sorte que Ba → Bac ⇔ Tc(Ba) → 0 .



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Thermodynamique



Bac(T ) = Bac(T = 0)(1− T 2

T 2c

)



1− Ba/Bac(T = 0)




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Thermodynamique



Bac(T ) = Bac(T = 0)(1− T 2

T 2c

)



1− Ba/Bac(T = 0)




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Thermodynamique

Énergie libre F(T )



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Thermodynamique

Entropie S(T )



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Thermodynamique

Énergie interne U(T )



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Thermodynamique

Chaleur spécifique C(T )



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Modèle des deux fluides de Gorter et Casimir 8

Inspiré du modèle expliquant les propriétés de l’hélium superfluide.

PrincipeLes électrons sont de deux types :

I Électrons normaux,I "Superélectrons".

Chaque type contribue à l’énergie totale du système en fonction desa densité relative.

La densité de superélectrons dépend de t , T/Tc :

ns(t)/n = 1− t4

8C. J. Gorter and H. G. B. Casimir, Physica 1, 306 (1934).



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ns(t)/n = 1− t4




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I Électrons normaux,

I "Superélectrons".



ns(t)/n = 1− t4




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ns(t)/n = 1− t4




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ns(t)/n = 1− t4




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ns(t)/n = 1− t4




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Modèle des deux fluides de Gorter et Casimir



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Équations des frères London 9

Ajoutées aux équations de Maxwell, elles décrivent l’effet Meißner.

Introduit une longueur caractéristiques des SC : la profondeur depénétration du champ magnétique λ ,

√ms

µ0nsqs.

Première équation LL

E = µ0λ2 dJs

dt

Seconde équation LL

λ2∇2B = B

9F. London and H. London, Physica 2, 341 (1935).



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√ms

µ0nsqs.


E = µ0λ2 dJs

dt


λ2∇2B = B




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√ms

µ0nsqs.


E = µ0λ2 dJs

dt


λ2∇2B = B




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√ms

µ0nsqs.


E = µ0λ2 dJs

dt


λ2∇2B = B




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Équations des frères London

En résolvant la seconde équation LL avec comme conditions auxlimites x = 0 ⇒ B = Ba et x →∞⇒ B = 0, on obtient lavariation du champ magnétique à l’intérieur du SC :

B(x) = Ba e−x/λ

Dépendance en températureLe modèle GC prévoit la variation de la densité de superélectronsavec la température. Comme λ dépend de cette grandeur :

λ(t) = λ(0)√1−t4

On voit immédiatement que t → 1 ⇒ λ→∞ : le champ pénètredans tout le matériau et la SC est détruite.



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B(x) = Ba e−x/λ


λ(t) = λ(0)√1−t4




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B(x) = Ba e−x/λ


λ(t) = λ(0)√1−t4




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B(x) = Ba e−x/λ


λ(t) = λ(0)√1−t4




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Théorie phénoménologique de Ginzburg et Landau 10

PrincipeLa transition N-SC est du second ordre et dépend d’un paramètred’ordre ψ pouvant varier dans l’espace.

Introduit une longueur caractéristique des SC : la longueur decohérence ξ.

Définit κ , λξ comme une caractéristique du matériau indépendante

de la température, dans la limite de T → Tc .

Construit une énergie libre en fonction de ψ et du vecteurpotentiel A ; puis par des condition de stabilité établit les deuxéquations GL.

10V. L. Ginzburg and L. D. Landau, JETP 20, 1064 (1950).



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Théorie phénoménologique de Ginzburg et Landau

Première équation GL(normalisée)

ψ′′ = κ2[(A2 − 1)ψ + ψ3]

Seconde équation GL (normalisée)

A′′ = Aψ2

En résolvant la première équation GL avec comme conditions auxlimites z = 0 ⇒ ψ = 0 et z →∞⇒ ψ = 1, on a la variationspatiale du paramètre d’ordre :

ψ(z) = tanh(

zξ√

2

)



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ψ′′ = κ2[(A2 − 1)ψ + ψ3]


A′′ = Aψ2


ψ(z) = tanh(

zξ√

2

)



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ψ′′ = κ2[(A2 − 1)ψ + ψ3]


A′′ = Aψ2


ψ(z) = tanh(

zξ√

2

)



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ψ′′ = κ2[(A2 − 1)ψ + ψ3]


A′′ = Aψ2


ψ(z) = tanh(

zξ√

2

)Julián Cancino Séminaire du 20 janvier 2005


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Énergie de surfaceÀ l’interface entre une zone N et une zone SC, il y a une énergie desurface σns que l’on peut calculer :

σns =2B2

acλ

µ0

+∞∫−∞

[1κ2ψ

′2 + B(B − Bac)

]dz

Par le calcul numérique de σns , on voit que

κ 1 ⇒ σns > 0κ 1 ⇒ σns < 0



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σns =2B2

acλ

µ0

+∞∫−∞

[1κ2ψ

′2 + B(B − Bac)

]dz


κ 1 ⇒ σns > 0κ 1 ⇒ σns < 0



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σns =2B2

acλ

µ0

+∞∫−∞

[1κ2ψ

′2 + B(B − Bac)

]dz


κ 1 ⇒ σns > 0κ 1 ⇒ σns < 0



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Vortex d’Abrikosov 11

La théorie GL est explicitement prévue pour des matériauxrespectant la condition κ 1 .

A. A. Abrikosov a utilisé les mesures de L. V. Shubnikov pourdévelopper sa théorie des SC ayant κ 1 .

Deux types de SC

I κ < 1√2

: Type-I

I κ > 1√2

: Type-II

11A. A. Abrikosov, JETP 32, 1442 (1957).



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Deux types de SC

I κ < 1√2

: Type-I

I κ > 1√2

: Type-II




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Deux types de SC

I κ < 1√2

: Type-I

I κ > 1√2

: Type-II




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Deux types de SC

I κ < 1√2

: Type-I

I κ > 1√2

: Type-II




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Deux types de SC

I κ < 1√2

: Type-I

I κ > 1√2

: Type-II




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Vortex d’Abrikosov

En développant de nombreux interfaces N-SC un SC de type-Iabaisse son énergie car σns < 0 !

VortexUne façon simple d’augmenter les interfaces est de laisser le champentrer dans le matériau sous forme de tubes de flux, les vortex. Cesderniers s’arrangent en un réseau régulier. Dans le cœur du vortex,le paramètre d’ordre est réduit à zéro, le gap se referme.

Imagerie par STMLe microscope à effet tunnel permet de sonder localement ladensité d’états. On peut alors localiser les vortex 12.

12I. Maggio-Aprile, Ch. Renner, A. Erb, E. Walker and Ø. Fischer, Phys. Rev. Lett. 75, 2754 (1995).



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13Image tirée de B. Hoogenboom, Ph.D. thesis, University of Geneva, DPMC, 2002, n 3381, 116 pp.



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14Image tirée de B. Hoogenboom, Ph.D. thesis, University of Geneva, DPMC, 2002, n 3381, 116 pp.



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Vortex d’AbrikosovCondition de BohrLa fonction d’onde ne doit avoir qu’une seule valeur par point, laphase doit donc varier d’un nombre entier de fois 2π pour"retomber" sur la même valeur lorsqu’on parcourt une bouclefermée : ∮

Γ∇Θ · d l = 2πn | n ∈ N

Théorème de StokesL’intégrale sur une courbe fermée Γ du vecteur potentiel est égale àl’intégrale sur la surface S délimitée par Γ du champ magnétique.La seconde égalité n’étant que la définition du flux magnétique Φ :∮

ΓA · d l =

∫Σ

B · dS , Φ



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Vortex d’AbrikosovCondition de BohrLa fonction d’onde ne doit avoir qu’une seule valeur par point, laphase doit donc varier d’un nombre entier de fois 2π pour"retomber" sur la même valeur lorsqu’on parcourt une bouclefermée : ∮

Γ∇Θ · d l = 2πn | n ∈ N

Théorème de StokesL’intégrale sur une courbe fermée Γ du vecteur potentiel est égale àl’intégrale sur la surface S délimitée par Γ du champ magnétique.La seconde égalité n’étant que la définition du flux magnétique Φ :∮

ΓA · d l =

∫Σ

B · dS , Φ



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Quantification du fluxEn conséquence de la condition de Bohr et du théorème de Stokes,le flux dans un SC ne peut prendre comme valeur que des multiplesentiers du quantum de flux :

Φ = nΦ0 avec Φ0 = hqs

= h2qe

D’une part, ceci montre qu’on a affaire à un phénomène quantique.

D’autre part, le dénominateur 2qe a interrogé les chercheurs àl’époque. À la parution de la théorie BCS, le facteur pritlogiquement son sens : il annonçait les paires de Cooper qui ontune charge électrique deux fois plus grande que celle de l’électron.



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= h2qe





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= h2qe





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Théorie microscopique de Bardeen, Cooper et Schrieffer 15

Paires de CooperOn fait l’hypothèse que les phonons (vibrations du réseau) sont lesvecteurs d’une interaction attractive entre les électrons. Il se formeainsi des paires d’électrons, dites "de Cooper", ayant un spin entieret se comportant comme des bosons.

15J. Bardeen, L. N. Cooper and J. R. Schrieffer, Phys. Rev. 108, 1175 (1957).



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Théorie microscopique de Bardeen, Cooper et Schrieffer 15

Paires de CooperOn fait l’hypothèse que les phonons (vibrations du réseau) sont lesvecteurs d’une interaction attractive entre les électrons. Il se formeainsi des paires d’électrons, dites "de Cooper", ayant un spin entieret se comportant comme des bosons.

15J. Bardeen, L. N. Cooper and J. R. Schrieffer, Phys. Rev. 108, 1175 (1957).



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Théorie microscopique de Bardeen, Cooper et Schrieffer

Gap ∆Il existe une différence d’énergie entre ce nouvel état fondamentalet les premières excitations, les quasiparticules, qui correspondent àla brisure d’une paire de Cooper.



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Gap ∆Il existe une différence d’énergie entre ce nouvel état fondamentalet les premières excitations, les quasiparticules, qui correspondent àla brisure d’une paire de Cooper.



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Densité d’états et effet tunnelLe microscope à effet tunnel (STM) permet de mesurer la densitéd’états localement. Il s’agit d’un moyen performant pour étudier,par exemple, le réseau de vortex. En effet, comme les vortex sontdes zones N, la densité d’états n’est pas la même que pour leszones SC.

Rapport de BCSLa théorie prévoit aussi la valeur du rapport entre les énergies dugap et celle liée à la température critique :

2∆kBTc

= 3.52 (s-wave) 2∆kBTc

= 4.3 (d-wave)



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2∆kBTc


= 4.3 (d-wave)



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2∆kBTc


= 4.3 (d-wave)



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2∆kBTc


= 4.3 (d-wave)



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Extra-muros 2003Extra-muros 2004École d’été de MaNEP à Saas Fee 2004

Rétrospective des activités



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Extra-muros 2003

Le choix du sujet de mon TM remonte à la fin de mon premierstage dans le groupe du Prof. Ø. Fischer. Durant celui-ci, j’ai apprisles bases de ce que sont la SC et le STM 16 : je ne connaissaisabsolument rien à ces deux sujets en arrivant.

Le Dr I. Maggio-Aprile s’est occupé de m’expliquer la plus grandepartie des sujets. Les autres membres du groupe répondaientégalement volontiers à mes questions. Ce stage m’a permis de mesensibiliser au climat de la recherche.

16J. Cancino, Quand le supraconducteur découvre l’humain, Collège Rousseau, Genève, 2003, 46 pp.



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Extra-muros 2003

Le choix du sujet de mon TM remonte à la fin de mon premierstage dans le groupe du Prof. Ø. Fischer. Durant celui-ci, j’ai apprisles bases de ce que sont la SC et le STM 16 : je ne connaissaisabsolument rien à ces deux sujets en arrivant.

Le Dr I. Maggio-Aprile s’est occupé de m’expliquer la plus grandepartie des sujets. Les autres membres du groupe répondaientégalement volontiers à mes questions. Ce stage m’a permis de mesensibiliser au climat de la recherche.

16J. Cancino, Quand le supraconducteur découvre l’humain, Collège Rousseau, Genève, 2003, 46 pp.



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Extra-muros 2004

Ayant choisi mon sujet de TM, j’ai eu la chance d’avoir la possibilitéde réintégrer le groupe durant un second stage de trois mois.

Cette fois-ci, le TM était l’occupation dominante (lecture, calculs,rédaction). Tous les membres du groupe, et plus particulièrementCédric Dubois, m’ont accordé un temps non négligeable enexplications.

Actuellement, le groupe rédige un article scientifique pour Reviewof Modern Physics au sujet des recherches sur les SC à haut-Tc parSTM. J’ai eu l’occasion d’apporter ma modeste contribution enrecherchant et traitant des données qui serviront pour cet article.



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Extra-muros 2004






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Extra-muros 2004






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École d’été de MaNEP à Saas Fee 2004

Finalement, grâce à la proposition du Dr Alfred Manuel, j’aiparticipé à la première école d’été de MaNEP à Saas-Fee.

Cette dernière a été une sorte de grande révision pour la rédactionde la fin de mon TM, mais elle m’a également permis d’être aucourant des dernières avancées en sur les SC : un nouveau composéSC à 1.5 K, le Sr2RuO4, y a été présenté.

J’ai pu y rencontrer et écouter des gens spécialistes dans ledomaine de la SC venus du monde entier.



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Quelques chiffres

I Plus de 80 étudiants,I 10 professeurs,I 28 heures de course,I 44 pages de notes + 492 diapositives,I 3 périodes de sport (natation ou tennis),I 1 excursion jusqu’au Mittelallalin (3500 m) et la descente à

pied,I 2 banquets.



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1. D. Khomskii, Köln

Électrons fortement corrélés

Dans les réseaux cristallins, lespectre énergétique laisseapparaître un gap (EffetJahn-Teller).

En principe, les états seremplissent "comme les trainssuisses".

Parfois les états peuvent êtreHigh Spin (4↑, 0↓) ou Low Spin(3↑, 1↓).

Il existe des matériaux isolantmais ferromagnétiques...Isolants de Mott ↑↓↑↓:

Électrons fortement localisés.Et les paires de Cooper ?



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2. T. Giamarchi, Genève

Des liquides de Fermi aux non-liquides de Fermi

L. D. Landau a proposé de traiterles électron avec leur interaction :c’est le modèle phénoménologiquedu liquide de Fermi formé dequasiparticules ayant des modessimples et collectifs (3D).

Si le système est ∼1D, on décritla conduction par le liquide deLuttinger.

Dans ces derniers, le spin et lacharche sont séparés et il n’existeque des modes collectifs.

Malheureusement, il n’existe pasde modèle satisfaisant pour lessystèmes 2D dont les SC àhaut-Tc font partie.



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3. J.-M. Triscone, GenèveFerroélectriques à l’échelle nanoscopique

Les ferroélectriques présentent unpolarisation électriquepermanente en dessous de leurtempérature de Curie.

Il sont bien décrits par la théoriedes transitions de phases desecond ordre de Landau.

Les petits FE doivent avoir uneconstante diélectrique relativetrès grande.

Les FE intéressants sont desperovskites. On tente de faire descouches minces sans que çan’altère leurs propriétés.

Ils ont une capacité de stockagede l’information gigantesque :

& 30 Gbit/cm2.



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& 30 Gbit/cm2.



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& 30 Gbit/cm2.



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& 30 Gbit/cm2.



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& 30 Gbit/cm2.



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4. J. Mannhart, AugsburgApplications de la SC

On citera notamment le SQUID,qui permet de mesurer deschamps extrêmement petits.

Les aimants du LHC et duTokamak, servant a accélérer lesparticules.

Les SC sont utilisés comme filtrespour les réseaux de téléphonesportables ainsi que dansl’imagerie médicale (IRMN,magnétoencéphalogrammes).

On peut également les utilisercomme limiteurs de courant(Çaurait probablement été utilemardi dernier).

Dans moins d’un mois devraitêtre lancé le satellite ASTRO-E2qui utilisera des cables en MgB2.

Rien ne nous empêche d’imaginerdes tores SC où l’énergie seraitstockée sous forme magnétique...



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5. M. Sigrist, Zürich

Supraconductivité conventionnelle est non-conventionnelle

Il existe toute une gamme de SCexotiques : Fermions lourds(Électrons f), organiques, oxydes(isolants à 300 K), MgB2 (Seulhaut-Tc à ne pas être un oxyde decuivre), Sr2RuO4 (Oxyde sanscuivre, Tc = 1.5 K)...

Aujourd’hui, du point de vue desTc le record date de 10 ans etdepuis BCS (1957) aucun modèlethéorique puissant n’est né.



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5. M. Sigrist, Zürich

Supraconductivité conventionnelle est non-conventionnelle

Il existe toute une gamme de SCexotiques : Fermions lourds(Électrons f), organiques, oxydes(isolants à 300 K), MgB2 (Seulhaut-Tc à ne pas être un oxyde decuivre), Sr2RuO4 (Oxyde sanscuivre, Tc = 1.5 K)...

Aujourd’hui, du point de vue desTc le record date de 10 ans etdepuis BCS (1957) aucun modèlethéorique puissant n’est né.



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6. Ø. Fischer et D. van der Marel, GenèveProriétés des matériaux à haut- Tc

Présentation de mesures faites auSTM/STS et par ARPES sur desSC à haut-Tc .

L’ARPES permet de sonder ladépendence angulaire de ladensité d’états.

L’idée d’utiliser l’effet tunnel poursonder la densité d’états est dueà Giæver a : σ(Ut) ∝ D(eUt).

aI. Giæver, Phys. Rev. Lett. 5, 147 (1960).

Discussion du phénomène dupseudogap au-dessus de Tc .



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7. M. Lippmaa 17, Tokyo et A. Revcoleschi, Paris

Fabrication des matériaux : couches minces et cristaux

Fabrication de couches-mincespar ablation au laser.

Fabrication de très grandsmonocristaux (5 cm !) dans desfours à ellipsoïdes.

17Venu de Tokyo pour une seule heure de cours !



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8. F. Mila, Lausanne

Magnétisme quantique

Dans les systèmes à réseautriangulaires avec un ordreantiferromagnétique les spin sontfrustré : le troisième du trianglene sait pas dans quel sens semettre.

Pour un réseau rectangulaire, ceproblème ne se pose pas.

Dans les systèmes 1D ou 2D iln’existe pas d’ordre à longueportée (Théorème deMermin-Wagner).



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8. F. Mila, Lausanne

Magnétisme quantique

Dans les systèmes à réseautriangulaires avec un ordreantiferromagnétique les spin sontfrustré : le troisième du trianglene sait pas dans quel sens semettre.

Pour un réseau rectangulaire, ceproblème ne se pose pas.

Dans les systèmes 1D ou 2D iln’existe pas d’ordre à longueportée (Théorème deMermin-Wagner).



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ConnaissancesCes activités m’ont permis d’apprendre et d’approfondirénormément mes connaissances en physique des SC.

MéthodologieLa rédaction du TM, les recherches expérimentales ainsi que dansla littérature spécialisée m’ont appris les bases de la méthodescientifique.

RencontresPar ce travail, je suis entré en contact avec des gens passionnés etpassionnants qui m’ont beaucoup aidé et envers lesquels je suisénormément reconnaissant.



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AvenirJ’ai été sélectionné pour le concours national La science appelle lesjeunes qui aura lieu du 22 au 24 avril 2005 à Lucerne. Je compteaussi participer au Prix des matériaux de l’EPF de Lausanne.

Je viens d’apprendre que lors du prochain salon de l’étudiant, jepourrai participer à un débat sur l’éducation avec des politiciens. Jecompte promouvoir le développement des activités "extra muros".

Enfin, je compte rejoindre au plus vite la flotte.



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J’ai eu le plaisir et le privilège de réaliser cette expérienceinoubliable grâce à vous.

Merci à tous !



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J’ai eu le plaisir et le privilège de réaliser cette expérienceinoubliable grâce à vous.

Merci à tous !


Documents

Trois approches de la supraconductivité et Rétrospective