Les Supraconducteurs à Haute Température (HTS) et le Supraconducteur YBCO
Introduction aux Supraconducteurs à Haute Température
Les supraconducteurs à haute température (HTS) représentent une classe de matériaux qui manifestent la supraconductivité à des températures relativement élevées par rapport aux supraconducteurs conventionnels. La découverte du premier supraconducteur à haute température a été réalisée en 1986 par Bednorz et Müller, qui ont identifié un composé de lanthane, cuivre et oxygène avec une température critique (Tc) de 35 K (-238 °C). Cette découverte a marqué un progrès significatif, dépassant le record précédent de 23 K (-250 °C) pour le Nb3Ge.
Depuis lors, d’autres supraconducteurs à haute température ont été découverts, avec des températures critiques allant jusqu’à 138 K (-135 °C). Le mécanisme sous-jacent à la supraconductivité dans les HTS reste un sujet de recherche actif. Contrairement aux supraconducteurs conventionnels expliqués par la théorie BCS, les HTS présentent un mécanisme plus complexe impliquant des interactions fortes entre électrons et potentiellement une transition de phase quantique.
Le Supraconducteur YBCO
Le supraconducteur YBCO, composé d’yttrium, baryum, cuivre et oxygène (YBa2Cu3O7-x), est l’un des premiers HTS découverts, avec une Tc d’environ 93 K (-180 °C). Sa formule chimique spécifique, YBa2Cu3O7-x, où x représente le déficit en oxygène, est cruciale pour ses propriétés de supraconductivité.
Caractéristiques du Supraconducteur YBCO
Haute Température Critique : Avec une Tc d’environ 93 K, le YBCO se distingue des supraconducteurs à basse température et est utile dans diverses applications.
Anisotropie Forte : Le YBCO a une structure cristalline hautement anisotrope, affectant ses propriétés physiques et électriques en fonction de la direction de mesure.
Fort Accrochage du Flux : Cette capacité à piéger et maintenir les champs magnétiques est essentielle pour des applications telles que la lévitation magnétique et le stockage d’énergie.
Nature Fragile : La nature cassante du YBCO complique sa fabrication en formes complexes, limitant certaines applications.
Haute Densité de Courant Critique : Le YBCO peut supporter une densité de courant élevée, le rendant utile dans la transmission de puissance et l’imagerie par résonance magnétique (IRM).
Sensibilité à l’Oxygène : Les propriétés supraconductrices du YBCO sont influencées par les niveaux d’oxygène, nécessitant une manipulation et un traitement soigneux.
Applications du Supraconducteur YBCO
Le YBCO est particulièrement utile dans des domaines tels que la production et la transmission d’énergie, les machines IRM et les accélérateurs de particules, grâce à sa capacité à transporter un courant électrique important sans résistance sous sa Tc. La production de YBCO s’effectue typiquement par déposition de couches minces HTS sur un substrat, utilisant des techniques telles que la déposition laser pulsée ou la déposition chimique en phase vapeur.
Conclusion
Les HTS, en particulier le YBCO, sont à la pointe de la recherche en physique des matériaux, offrant des perspectives révolutionnaires dans divers secteurs technologiques. Toutefois, leur utilisation généralisée reste limitée en raison des défis associés à leur refroidissement à des températures critiques, nécessitant des réfrigérants comme l’azote liquide. L’avenir de ces matériaux promet des avancées significatives dans la science des matériaux et leurs applications pratiques.
