Les principes
Les paramètres critiques des supraconducteurs
Aussi longtemps que le supraconducteur est refroidi à des températures très basses, les paires de Cooper restent intactes, en raison du mouvement moléculaire réduit. Pendant que le supraconducteur se réchauffe, les vibrations dans la structure atomique deviennent plus violentes et brisent les paires. Lorsque ces paires sont brisées, la supraconductivité diminue. Les métaux et les alliages supraconducteurs ont des températures caractéristiques de transition, de l’état normal à l’état supraconducteur, appelées Températures Critiques (Tc).
Au-dessous de la température de transition supraconductrice, la résistivité du matériau est absolument nulle. Des supraconducteurs faits à partir de différents matériaux ont des Tc différentes. Parmi les supraconducteurs en céramique, la température critique de YBa2Cu3O7 est de 90 K alors que celle de HgBa2Ca2Cu308+x est de 133 K
Le schéma 4 (fig.4) représente la résistance de YBa2Cu3O7 en fonction de la température.
fig.4
Puisqu'il n'y a aucune perte d'énergie électrique lorsque les supraconducteurs portent du courant électrique, des fils relativement étroits faits de matériaux supraconducteurs peuvent être employés pour porter des courants énormes. Cependant, ces matériaux sont faits pour transporter un certain courant maximum, car au-dessus ils cessent d'être des supraconducteurs. Si trop de courant traverse le supraconducteur, il retournera à l'état normal même s’il est au-dessous de sa température de transition. La valeur de la densité de courant critique (Jc) est une fonction de la température : plus le supraconducteur est refroidi, plus il peut transporter de courant. Le schéma 5 (fig.5) est un graphique représentant la tension en fonction du courant pour un fil supraconducteur.
Pour des applications pratiques, on préfère des valeurs de Jc supérieures à 1000 A/mm².
fig.5
Un courant électrique traversant un fil crée un champ magnétique autour de celui-ci. La force du champ magnétique augmente à mesure que le courant dans le fil augmente. Puisque les supraconducteurs peuvent porter de grands courants sans perte d'énergie, ils sont appropriés pour créer de forts champs magnétiques.
Quand un supraconducteur est refroidi au-dessous de sa température de transition (Tc) et que l’on applique un champ magnétique à celui-ci, ce champ magnétique reste autour du supraconducteur sans le pénétrer. Les physiciens emploient la majuscule H comme symbole pour le champ magnétique. Si le champ magnétique est augmenté jusqu'à un point donné, le supraconducteur reviendra à son état normal de résistivité.
fig.6
La valeur maximum pour le champ magnétique à une température indiquée est connue comme champ magnétique critique et est notée Hc. Il existe pour chaque supraconducteur une zone de température et de champ magnétique pour laquelle le matériau est supraconducteur. En dehors de cette région, le matériau est dans son état normal. Le schéma 6 (fig.6) montre le rapport entre la température et le champ magnétique.