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Les vortex
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Les vortex

La lévitation à la loupe

 

Credits: F. Bouquet, LPSReprésentation de l’état mixte. Un champ magnétique est appliqué (représenté en noir). Des courants supraconducteurs (en rouge) se développent à la surface afin d’écranter ce champ : ce sont les courants responsables de l’effet Meissner. D’autres courants supraconducteurs se développent (en vert) afin de créer des vortex, sortes de « tunnels » non supraconducteurs, traversés par un quantum de flux magnétique, permettant ainsi à une partie du champ magnétique appliqué de traverser l’échantillon supraconducteur.

À cause de ces vortex, le supraconducteur devient une passoire en laissant passer une partie du champ magnétique appliqué. Mais le supraconducteur y gagne : bien sûr il perd une partie de son volume qui devient non supraconducteur (l’intérieur des vortex), mais en contrepartie, il n’a plus à expulser qu’une fraction du champ magnétique extérieur, le reste étant passé par les vortex. Il peut donc supporter des champs bien plus élevés. Cet état est appelé l’état mixte.

L’existence de ce compromis et des vortex a été proposée par Abrikosov en 1952 et a d’abord été considérée comme une pure spéculation théorique. Les expériences ont cependant rapidement montré que les vortex existent réellement, et il existe désormais de nombreuses techniques pour les observer. On peut même les voir entrer ou sortir de l’échantillon avec un étrange mouvement de saute-mouton quand on augmente ou qu’on diminue le champ magnétique.

En fait, la théorie d’Abrikosov montre que le flux magnétique qui traverse un vortex est toujours la même quantité, que l’on nomme quantum de flux, et qui a pour valeur Φ0= h/2e = 2.07 10-15 T m2. Cette quantification découle naturellement de l’existence du condensat et du comportement collectif des paires de Cooper : ainsi la valeur exacte de Φ0est une preuve expérimentale que les électrons forment des paires dans un supraconducteur.

On observe aussi des vortex dans les superfluides ou les condensats de Bose Einstein, deux formes cousines de la supraconductivité dans les liquides et les gaz.

Dans l'état mixte, même si l’expulsion du champ et le diamagnétisme ne sont plus, la résistance électrique reste nulle. En effet le courant électrique peut circuler dans les parties qui sont restées supraconductrices et peut traverser l'échantillon sans être freiner, tout simplement en évitant les vortex. Une seule exception : dans certains cas (par exemple les cuprates à haute température), les vortex peuvent eux-mêmes bouger et se comporter comme dans un liquide, et il apparaît alors une résistance due à ce déplacement.

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