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Les paires de cooper
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Paires de Cooper

L'union fait la force

Comment les électrons peuvent-ils se mettre par deux dans une paire de Cooper alors qu’ils devraient se repousser ? En effet, les électrons sont électriquement négatifs, et deux charges électriques négatives se repoussent. Cooper propose le scénario suivant :

À basse température, quand un électron se déplace, il attire légèrement les atomes environnants. Ceci parce qu’il est négatif électriquement, et que les atomes sont positifs, ayant eux même laissé partir un de leurs électrons (formellement, on doit alors parler d’ions positifs). Une charge négative attire une charge positive. Si un deuxième électron arrive à cet instant, il voit pendant un temps assez court deux rangées d’atomes plus resserrées que d’habitude. Il va s’y engouffrer : deux atomes plus proches, cela signifie une zone plus positive électriquement, donc plus attrayante pour l’électron. Le deuxième électron suit donc le premier sans s’en rendre compte, grâce aux oscillations des atomes. On parle d’attraction via les vibrations du réseau (ou encore les « phonons »).

À haute température, les atomes vibrent beaucoup et ne se souviennent plus du parcours du premier électron. Deux électrons ne peuvent donc plus se suivre et former une paire de Cooper. C’est pour cela que la supraconductivité conventionnelle n’apparaît qu’à très basse température.

Attention, ces animations servent à illustrer comment le mouvement des atomes aide à la formation d’une paire. Mais elles ne doivent pas être prises au pied de la lettre. Un traitement rigoureux doit considérer les électrons comme des ondes, et ce traitement montre que les électrons qui se couplent le mieux deux à deux sont ceux qui se déplacent dans des directions opposées, et non dans la même direction.

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