Le comportement des supraconducteurs dans les champs magnétiques puissants
Le projet CONDMATH (Mathematical problems in superconductivity and Bose-Einstein condensation), financé par l'UE, s'est intéressé à la compréhension mathématique des phénomènes de la physique quantique moderne, en particulier la supraconductivité. La supraconductivité est généralement bien décrite par un modèle non linéaire proposé par Ginzburg et Landau. La question qui reste en suspens porte sur le comportement des matériaux supraconducteurs lorsqu'ils sont soumis à des champs magnétiques puissants. Des expériences antérieures ont montré que lorsqu'ils sont soumis à des champs magnétiques faibles, les supraconducteurs de type II restent globalement dans l'état supraconducteur. Lorsque le champ magnétique externe atteint une force critique, HC1, la supraconductivité est rompue pour des singularités ponctuelles, appelées points vortex. Lorsque la force du champ magnétique augmente pour atteindre une seconde valeur critique, HC2, la supraconductivité est complètement détruite dans l'intérieur et ne subsiste que dans une région limite étroite. Le troisième et dernier champ critique, HC3, arrête complètement la supraconductivité. Le projet CONDMATH a permis de comprendre précisément les conditions qui prévalent pour des champs de force allant de valeurs inférieures à HC2 jusqu'à HC3. Cela a à son tour permis une compréhension mathématique complète des phénomènes physiques décrits pour la première fois dans les années 1950. Les chercheurs ont travaillé sur un échantillon en forme de balle soumis à un champ magnétique constant pointant du «sud» vers le «nord» de l'objet. En commençant avec des champs magnétiques très puissants et en faisant décroître leur intensité, les membres du projet CONDMATH ont calculé une valeur bien définie de HC3 pour laquelle la supraconductivité apparaît, dans une région étroite proche de l'«équateur» de la balle. En faisant décroître encore plus l'intensité du champ magnétique, la supraconductivité reste localisée sur la limite de l'échantillon, mais dans une région «tropicale» progressivement plus importante. Pour une intensité de champ magnétique donnée, les chercheurs du projet ont pu prédire la taille de cette région «tropicale». Le second champ critique, HC2, est à la fois l'endroit où la région «tropicale» atteint les «pôles» de la balle et où la supraconductivité commence à se développer dans l'intérieur de la balle. Pour des champs magnétiques d'intensité légèrement inférieure à HC2, la supraconductivité sera uniformément faible à l'intérieur, mais augmentera doucement lorsque le champ est réduit. Les supraconducteurs peuvent augmenter l'efficacité de tout instrument qui utilise l'électricité ou le magnétisme une fois la plage de températures nécessaire atteinte. La valeur économique des applications dans le domaine de l'électronique, de l'approvisionnement en énergie, de l'imagerie médicale, des transports et dans d'autres domaines double actuellement tous les cinq ans. Les améliorations de la théorie de la supraconductivité sont importantes pour chaque nouvelle application.
Mots‑clés
Supraconductivité, semiconducteur de type II, modèle non linéaire, champ magnétique, modèle de Ginzburg-Landau
