Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L'histoire de la supraconductivité a été marquée par des découvertes inattendues, qui venaient toutes alimenter la théorie BCS du nom de ses auteurs Bardeen, Cooper et Schrieffer. Tout d’abord détrônée par la découverte de la supraconductivité dans des oxydes de type cuprates, elle connut un autre coup de tonnerre avec la découverte de la supra conductivité dans LaFeAsO1-xFx. Cette nouvelle famille de supraconducteurs est définie par des propriétés physiques spécifiques promettant de nombreux débouchés. Il faut noter toutefois que les faibles courants critiques observés chez ces matériaux en couche à base de fer risquent de représenter une limitation de leur potentiel pour des applications à fort courant.
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The history of superconductivity was marked by unexpected discoveries which have all fed the BCS theory, named after its authors Bardeen, Cooper and Schrieffer. Although it was firstly dethroned by the discovery of superconductivity in cuprate oxides, it experienced a new twist with the discovery of superconductivity in LaFeAsO1-xFx. This new family of superconductors is defined by specific physical properties promising many new opportunities. It must however be noted that the low critical voltage observed in these iron-based materials may limit their potential for high voltage applications.
Auteur(s)
-
David BERARDAN : Maître de conférences à l'Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay (Université Paris-Sud 11)
INTRODUCTION
L'histoire centenaire de la supraconductivité a été marquée par des découvertes inattendues. Lors de sa découverte de la supraconductivité dans le mercure en 1911, H. K. Onnes souhaitait tester l'hypothèse de Lord Kelvin du gel du mouvement des électrons à l'approche du zéro absolu. Un peu plus de 40 ans plus tard avec l'élaboration de la théorie BCS par J. Bardeen, L. Cooper et J.R. Schrieffer en 1957, on pensait avoir expliqué et compris tous les principaux aspects de la supraconductivité. Les découvertes successives de nombreux matériaux supraconducteurs apportaient une confirmation éclatante de la théorie BCS. La supraconductivité était alors supposée être cantonnée aux métaux et alliages de métaux, et une température critique record à 23,3 K était atteinte dans Nb3Ge.
La découverte inattendue de la supraconductivité dans les phases de Chevrel, celle des conducteurs organiques ou des fermions lourds avait donné de premières indications d'une possible insuffisance de la théorie BCS, mais c'est la découverte en 1986 de la supraconductivité dans des oxydes de type cuprates, avec des températures critiques supérieures à la température de liquéfaction de l'azote, qui a apporté le principal coup de bélier à sa supposée universalité. Ces découvertes successives ont eu pour corollaire de nombreux développements technologiques, de l'électronique rapide à la détection magnétique par SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) en passant par les électro-aimants. Néanmoins, il est intéressant de constater que, plus de 20 ans après la découverte des cuprates, il n'y a pas encore de théorie qui fasse consensus pour expliquer l'origine de leur état supraconducteur. Pendant cette période, l'une des seules certitudes à prévaloir était que l'état supraconducteur ne pouvait pas apparaître dans un matériau à base de fer, cet élément étant réputé être un poison pour la supraconductivité du fait de ses propriétés magnétiques. La découverte de la supraconductivité dans LaFeAsO0,88F0,12 en 2008, avec une température critique de 26 K, qui allait vite atteindre 55 K en remplaçant le lanthane par le samarium, a alors retenti comme un coup de tonnerre.
L'objectif de cet article est de donner un aperçu de la nouvelle famille de supraconducteurs que constituent ces matériaux en couche à base de fer. Nous nous intéresserons à la fois aux propriétés physiques de ces matériaux et aux développements technologiques potentiels.
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Perspectives
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2. Possibles applications technologiques
2.1 Intérêt des composés en couches à base de fer pour des applications
Du point de vue des applications possibles, l'intérêt des SCF réside dans :
-
la valeur très élevée du champ critique
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, ce qui les rend intéressants pour des applications sous champs magnétiques élevés, notamment du fait de la dépendance très modérée du courant critique au champ magnétique ; -
leur faible anisotropie, notamment par comparaison avec les supraconducteurs à haute température critique de type YBa2Cu3O7-x , avec des facteurs d'anisotropie compris entre 1 et 3 pour le courant critique et le champ critique ;
-
une sensibilité à la désorientation des grains dans les films ou rubans texturés nettement plus faible que pour les matériaux de type YBa2Cu3O7-x , au moins dans les composés de la famille 122, ce qui tend à faciliter la fabrication de films présentant des densités de courant critique élevées.
, ce qui les rend intéressants pour des applications sous champs magnétiques élevés, notamment du fait de la dépendance très modérée du courant critique au champ magnétique ;2.2 Élaboration des matériaux
2.2.1 Sous forme polycristalline
Par-delà les aspects liés à la recherche de nouvelles compositions ou l'étude des propriétés physiques et chimiques des matériaux, la synthèse des matériaux sous forme polycristalline constitue également une première étape en vue de l'élaboration de fils supraconducteurs par des techniques de type « powder-in-tube » ex situ ou de cibles pour le dépôt de films minces par ablation laser pulsée.
À l'heure actuelle, deux voies de synthèse ont été principalement utilisées pour l'élaboration des matériaux sous forme polycristalline.
Des synthèses sous haute pression et haute température (> 800-1 000 oC, > 1 GPa) dans des dispositifs de type « cubic-anvil »....
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - JOHNSTON (D.C.) - The puzzle of high temperature superconductivity in layered iron pnictides and chalcogenides. - Advances in Physics, 59, p. 803 (2010).
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(4) - PAGLIONE (J.), GREENE (R.L.) - High-temperature superconductivity in iron-based materials. - Nature Physics, 6, p. 645 (2010).
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