Supraconducteur à haute températureUn supraconducteur à haute température (en anglais, high-temperature superconductor : high- ou HTSC) est un matériau présentant une température critique de supraconductivité relativement élevée par rapport aux supraconducteurs conventionnels, c'est-à-dire en général à des températures supérieures à soit . Ce terme désigne en général la famille des matériaux de type cuprate, dont la supraconductivité existe jusqu'à . Mais d'autres familles de supraconducteurs, comme les supraconducteurs à base de fer découverts en 2008, peuvent aussi être désignées par ce même terme.
SupraconductivitéLa supraconductivité, ou supraconduction, est un phénomène physique caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'expulsion du champ magnétique — l'effet Meissner — à l'intérieur de certains matériaux dits supraconducteurs. La supraconductivité découverte historiquement en premier, et que l'on nomme communément supraconductivité conventionnelle, se manifeste à des températures très basses, proches du zéro absolu (). La supraconductivité permet notamment de transporter de l'électricité sans perte d'énergie.
Superconducting wireSuperconducting wires are electrical wires made of superconductive material. When cooled below their transition temperatures, they have zero electrical resistance. Most commonly, conventional superconductors such as niobium–titanium are used, but high-temperature superconductors such as YBCO are entering the market. Superconducting wire's advantages over copper or aluminum include higher maximum current densities and zero power dissipation.
Spectroscopie photoélectronique résolue en anglevignette|Dispositif expérimental de spectroscopie photoélectronique résolue en angle|alt=|300x300px La spectroscopie photoélectronique résolue en angle (ARPES), est une technique expérimentale directe permettant l'observation de la distribution des électrons (plus précisément, la densité des excitations électroniques) dans l'espace réciproque des solides. Cette technique est une spécialisation de la spectroscopie de photoémission ordinaire. L'étude de la photoémission des électrons contenus dans un échantillon est habituellement réalisée en illuminant avec des rayons X doux.
Isolant de MottLes isolants de Mott sont des matériaux présentant une phase conductrice, avec une structure de bande électronique (voir théorie des bandes) délocalisée sur tout le réseau cristallin, et pouvant devenir isolant du fait d'une forte interaction répulsive entre électrons, entrainant leur localisation sur les noyaux atomiques. Dans un solide, lorsque les interactions répulsives entre les électrons d'un métal deviennent trop fortes, il peut se produire une "localisation" des électrons qui restent "accrochés" aux atomes constituant le réseau cristallin.
Unconventional superconductorUnconventional superconductors are materials that display superconductivity which does not conform to conventional BCS theory or its extensions. The superconducting properties of CeCu2Si2, a type of heavy fermion material, were reported in 1979 by Frank Steglich. For a long time it was believed that CeCu2Si2 was a singlet d-wave superconductor, but since the mid 2010s, this notion has been strongly contested. In the early eighties, many more unconventional, heavy fermion superconductors were discovered, including UBe13, UPt3 and URu2Si2.
Superconducting magnetA superconducting magnet is an electromagnet made from coils of superconducting wire. They must be cooled to cryogenic temperatures during operation. In its superconducting state the wire has no electrical resistance and therefore can conduct much larger electric currents than ordinary wire, creating intense magnetic fields. Superconducting magnets can produce stronger magnetic fields than all but the strongest non-superconducting electromagnets, and large superconducting magnets can be cheaper to operate because no energy is dissipated as heat in the windings.
Synchrotron light sourceA synchrotron light source is a source of electromagnetic radiation (EM) usually produced by a storage ring, for scientific and technical purposes. First observed in synchrotrons, synchrotron light is now produced by storage rings and other specialized particle accelerators, typically accelerating electrons. Once the high-energy electron beam has been generated, it is directed into auxiliary components such as bending magnets and insertion devices (undulators or wigglers) in storage rings and free electron lasers.
Spectrométrie photoélectronique Xvignette|upright=1.4|Machine XPS avec un analyseur de masse (A), des lentilles électromagnétiques (B), une chambre d'ultra-vide (C), une source de rayon X (D) et une pompe à vide (E) La spectrométrie photoélectronique X, ou spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (en anglais, X-Ray photoelectron spectrometry : XPS) est une méthode de spectrométrie photoélectronique qui implique la mesure des spectres de photoélectrons induits par des photons de rayon X.
Spectroscopie photoélectroniqueLa spectroscopie photoélectronique (photoelectron spectroscopy, PES) ou spectroscopie de photoémission (photoemission spectroscopy) est un ensemble de méthodes spectroscopiques basées sur la détection d'électrons émis par des molécules après le bombardement de celle-ci par une onde électromagnétique monochromatique. Cette spectroscopie fait partie des méthodes de spectroscopie électronique. Elle est utilisée pour mesurer l'énergie de liaison des électrons dans la matière, c'est-à-dire à sonder les états occupés.
Strongly correlated materialStrongly correlated materials are a wide class of compounds that include insulators and electronic materials, and show unusual (often technologically useful) electronic and magnetic properties, such as metal-insulator transitions, heavy fermion behavior, half-metallicity, and spin-charge separation. The essential feature that defines these materials is that the behavior of their electrons or spinons cannot be described effectively in terms of non-interacting entities.
Diagramme de phaseUn diagramme de phase, ou diagramme de phases, est une représentation graphique utilisée en thermodynamique, généralement à deux ou trois dimensions, représentant les domaines de l'état physique (ou phase) d'un système (corps pur ou mélange de corps purs), en fonction de variables, choisies pour faciliter la compréhension des phénomènes étudiés. Les diagrammes les plus simples concernent un corps pur avec pour variables la température et la pression ; les autres variables souvent utilisées sont l'enthalpie, l'entropie, le volume massique, ainsi que la concentration en masse ou en volume d'un des corps purs constituant un mélange.
Excitonvignette|Représentation schématique d'un exciton de Frenkel, dans un cristal (points noirs). Un exciton est, en physique, une quasi-particule que l'on peut voir comme une paire électron-trou liée par des forces de Coulomb. Une analogie souvent utilisée consiste à comparer l'électron et le trou respectivement à l'électron et au proton d'un atome d'hydrogène. Ce phénomène se produit dans les semi-conducteurs et les isolants. En 2008, le premier dispositif électronique basé sur des excitons a été démontré, fonctionnant à des températures cryogéniques.
Physique de la matière condenséeLa physique de la matière condensée est la branche de la physique qui étudie les propriétés microscopiques et macroscopiques de la matière dans un état dit « condensé ». Ce terme doit être entendu par opposition à d'autres états de la matière, plus dilués, tels que l’état gazeux et les plasmas, ou encore par opposition à l’étude des atomes ou molécules isolés ou peu nombreux. Son objet d’étude consiste donc principalement dans les solides, ce qui explique que cette branche de la physique a longtemps été désignée par le terme de « physique des solides ».
Modèle de Hubbardvignette|Modèle de Hubbard à deux dimensions. Le modèle de Hubbard est un modèle étudié en théorie de la matière condensée. Il décrit des fermions (généralement des électrons) sur un réseau (en général les atomes qui forment un solide), qui interagissent uniquement lorsqu'ils se trouvent sur le même site (c'est-à-dire sur le même atome). Ce modèle a été introduit en 1963 à peu près simultanément par , Martin C. Gutzwiller et Junjiro Kanamori. Il est parfois appelé modèle de Hubbard-Gutzwiller-Kanamori pour cette raison.
Rayonnement synchrotronLe rayonnement synchrotron, ou rayonnement de courbure, est un rayonnement électromagnétique émis par une particule chargée qui se déplace dans un champ magnétique et dont la trajectoire est déviée par ce champ magnétique. Ce rayonnement est émis en particulier par des électrons qui tournent dans un anneau de stockage. Puisque ces particules modifient régulièrement leur course, leur vitesse change régulièrement, elles émettent alors de l'énergie (sous forme de photons) qui correspond à l’accélération subie.
Electrical resistivity and conductivityElectrical resistivity (also called volume resistivity or specific electrical resistance) is a fundamental specific property of a material that measures its electrical resistance or how strongly it resists electric current. A low resistivity indicates a material that readily allows electric current. Resistivity is commonly represented by the Greek letter ρ (rho). The SI unit of electrical resistivity is the ohm-metre (Ω⋅m).
Théorie BCSLa théorie BCS est une théorie de la supraconductivité qui fut proposée en 1957 par John Bardeen, Leon Neil Cooper, et John Robert Schrieffer. Elle explique la supraconductivité par la formation de paires d'électrons (paires de Cooper) sous l'effet d'une interaction attractive entre électrons résultant de l'échange de phonons. Pour leur travail, ces auteurs obtinrent le prix Nobel de physique en 1972. Il est possible de comprendre l'origine de l'attraction entre les électrons grâce à un argument qualitatif simple.
Semimétalredresse=1.75|vignette| Diagramme représentant la distribution des électrons dans les bandes de différents types de matériaux à l'équilibre. De gauche à droite : métal ; semimétal ; semiconducteur (dopé p, intrinsèque, dopé n) ; isolant. L'énergie est représentée par l'axe vertical, tandis que l'épaisseur horizontale des bandes représente la densité d'états.La densité électronique par niveau d'énergie suit la statistique de Fermi-Dirac et est représentée par un dégradé de noir.
Oxyde mixte de baryum, de cuivre et d'yttriumLes oxydes mixtes de baryum, de cuivre et d'yttrium, notés YBaCuO ou YBCO, sont des céramiques connues pour être des supraconducteurs à haute température et ont été les premiers matériaux identifiés présentant un phénomène de supraconductivité au-dessus de la température d'ébullition de l'azote liquide, soit (). Ils ont été découverts en 1986 par Johannes Georg Bednorz et Karl Alexander Müller. La plupart de ces oxydes ont pour formule générale , souvent notée Y123, mais d'autres présentent des rapports Y:Ba:Cu différents, tels que (Y124), (Y247), ou encore (Y222).
