Impossible de reconnaître le type d'un supraconducteur par une mesure de résistivité, car tant qu'il existe un filament supraconducteur dans l'échantillon, il court-circuite le circuit de mesure.
En revanche l'aimantation est la bonne grandeur à mesurer comme on va le voir.
Dans une telle expérience on mesure le champ produit par les super courants qui circulent à la surface de l'échantillon (voir plus haut).
Dans l'état Meissner ce champ est égal à - B. On observe donc une variation linéaire de l'aimantation, jusqu'au champ critique Bc1. (Pour plus de commodité on a représenté - M en axe vertical).
La courbe supérieure représente l'aimantation d'un type I. Au-delà du champ critique, l'aimantation est celle d'un métal normal, donc très faible. La courbe d'aimantation d'un type I est représentée sur la figure supérieure.
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Pour un type II, on entre dans le régime de vortex au-dessus de Bc1. L'aimantation diminue donc progressivement et s'annule à Bc2 (figure inférieure).
Un autre phénomène distingue les deux types de supraconducteurs : le cycle d'aimantation d'un type II est irréversible. L'aimantation n'est la même en champ croissant et en champ décroissant. La courbe d'aimantation présente une forte hystérésis. Cette irréversibilité est due à l'ancrage des vortex. En effet, ces vortex sont bloqués par les défauts du matériau (défauts cristallins, précipités, dislocations, etc.). Ce blocage se traduit par une force d'ancrage moyenne. Quand le champ extérieur diminue les vortex restent bloqués sur les défauts.
Le nombre et la nature des défauts dans un matériau ne constituent pas une propriété intrinsèque. On peut les faire varier par différents traitements métallurgiques tels que les recuits. Pour un matériau donné on peut donc observer un grand nombre de formes de courbes d'aimantation. La figure précédente n'en est qu'un exemple.
i. Le diagramme de phase.
On l'a vu précédemment, les champs critiques Bc1 et Bc2 dépendent de la température et la température critique Tc dépend du champ. Autrement dit, il existe un diagramme de phase.
L'état Meissner existe sous la courbe rouge. Le régime de vortex se trouve entre la courbe rouge et la courbe verte. Au-delà de cette courbe l'échantillon est dans l'état normal.
Pour un type I, la courbe verte n'existe pas.
Le diagramme ci-dessus n'est pas du tout à l'échelle car Bc1(0) est très inférieur à Bc2(0).
(On a typiquement Bc2(0)/ Bc1(0) = 1000 à 10 000).
La thermodynamique impose deux lois :
dBc1,2/dT = 0 à T = 0 (tangentes horizontales à T= 0)
et
dBc1,2/dT < 0 à T = Tc (tangentes inclinées à T = Tc)
j. Ce n'est pas tout : il existe aussi une valeur critique du courant qu'un matériau supraconducteur peut supporter !
Ce courant (ou plus exactement, la densité de courant qui est le courant par unité de surface dans une section du conducteur) dépend à la fois du champ magnétique et de la température. On verra plus loin l'origine de courant. Pour l'instant, on se contentera d'une description phénoménologique.
C'est ce que représente le diagramme suivant :
On ne considère que les supraconducteurs de type II. Evidemment, Jc = O à B = Bc2.
Les trois courbes du diagramme sont des isothermes. La température croît quand on passe de la courbe verte à la courbe bleue.
Finalement, l'état du matériau dépend de trois variables ; la température, le champ et la densité de courant. Le diagramme de phase complet est donc à trois dimension.
Dans un supraconducteur la densité de courant peut atteindre des valeurs très élevées, de l'ordre de 200 A /mm2 alors que pour le cuivre on a 1A / mm2.
Ces matériaux sont donc très prometteurs pour des applications industrielles. Nous verrons cela plus tard.
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