Cette idée est naturelle parce que le champ magnétique B est toujours le compagnon du champ électrique E, responsable de la conduction dans les matériaux, ainsi que Jame Clerk Maxwell l'a démontré dans sa théorie de l'électromagnétisme en 1873. (Attention, B et E sont des grandeurs vectorielles et non des scalaires)
Partons d'une température T, supérieure à la température critique Tc. A cette température le matériau n'est pas supraconducteur. Si on le soumet à un champ B (il faudrait mieux dire une induction, mais par commodité de langage on continuera à utiliser le terme champ), les lignes de champ, représentées par les lignes noires verticales sur la figure de gauche, ne sont pas déformées.
Si l'on refroidit l'échantillon, à T=Tc, ces lignes sont expulsées du volume et se courbent fortement, comme le montre la figure de droite. Le phénomène est brutal. C'est une transition de phase.
T < TC
T > TC
Cet effet est appelé effet Meissner, du nom du physicien allemand qui le mit en évidence en 1933.
On remarque que les lignes de champ à T < TC sont plus resserrées dans le plan équatorial de l'échantillon, donc dans ce plan le champ est plus grand que le champ appliqué B. C'est l'effet Ochsenfeld (un autre allemand). Il fut mit en évidence en même temps que l'effet Meissner, c'est pourquoi les deux effets sont souvent rassemblés sous le nom d'effet Meissner-Ochsenfeld.
Les matériaux qui expulsent le champ magnétique sont appelés diamagnétiques. Les diamagnétiques connus comme le cuivre n'expulsent le champ que très faiblement, mais les supraconducteurs l'expulsent totalement. On parle de diamagnétiques parfaits. Les supraconducteurs sont à la fois des conducteurs et des diamagnétiques parfaits.
Comment expliquer cet effet, au moins d'un point de vue macroscopique ?
L'hypothèse la plus simple, héritée de l'électromagnétisme classique consiste à supposer que le matériau génère spontanément à sa surface des courants continus ^permanents qui créent un champ magnétique s'opposant exactement au champ magnétique appliqué de sorte que l'on ait partout dans le volume B = 0.
Ces courant ne peuvent se maintenir que parce que la résistivité du matériau est nulle, sinon le phénomène serait dissipatif et ils s'annuleraient très rapidement. Ils sont confinés à la surface de l'échantillon, puisque c'est le champ extérieur qu'ils compensent. On les appelle courants d'écrantage.
C'est l'effet Meissner qui est l'effet caractéristique de la supraconductivité et non la résistivité nulle. Cependant cet effet ne peut exister que si la résistivité est nulle !
On notera qu'apparaît ici pour la première fois la notion de surface. Nous verrons par la suite que la notion de surface et donc de géométrie est fondamentale dans les propriétés de la supraconductivité.
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire