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Un scientifique de la Division de la physique quantique de la matière condensée de l’University of Tsukuba a formulé une nouvelle théorie de la supraconductivité. Basé sur le calcul de la « connexion Berry », ce modèle permet d’expliquer les nouveaux résultats expérimentaux mieux que la théorie actuelle. Ces travaux pourraient permettre aux futurs réseaux électriques d’envoyer de l’énergie sans perte.

La supraconductivité 

Les supraconducteurs sont des matériaux fascinants qui peuvent sembler banals dans les conditions ambiantes, mais qui, une fois refroidis à très basse température, permettent au courant électrique de circuler sans résistance.

Il existe plusieurs applications évidentes de la supraconductivité, comme la transmission d’énergie sans perte, mais la physique qui sous-tend ce processus n’est pas encore clairement comprise. La façon habituelle de penser à la transition de l’état normal à l’état supraconducteur est appelée la théorie de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS).

Dans ce modèle, tant que les excitations thermiques restent suffisamment faibles, les particules peuvent former des « paires de Cooper » qui se déplacent ensemble et résistent à la diffusion. Cependant, le modèle BCS n’explique pas de manière adéquate tous les types de supraconducteurs, ce qui limite notre capacité à créer des matériaux supraconducteurs plus efficaces qui fonctionnent à température ambiante.

Une nouvelle théorie

Maintenant, un scientifique de l’University of Tsukuba a proposé un nouveau modèle de la supraconductivité qui révèle mieux les principes physiques. Au lieu de se concentrer sur l’appariement des particules chargées, cette nouvelle théorie utilise l’outil mathématique appelé « connexion Berry ».

Cette valeur calcule une torsion de l’espace où se déplacent les électrons. « Dans la théorie BCS standard, l’origine de la supraconductivité est l’appariement des électrons. Dans cette théorie, le supercourant est identifié comme étant le flux sans dissipation des électrons appariés, alors que les électrons simples rencontrent toujours une résistance », explique le professeur Hiroyasu Koizumi, auteur de cette étude.

À titre d’illustration, les jonctions Josephson se forment lorsque deux couches supraconductrices sont séparées par une fine barrière constituée d’un métal normal ou d’un isolant. Bien que largement utilisées dans les détecteurs de champs magnétiques de haute précision et les ordinateurs quantiques, les jonctions Josephson ne correspondent pas non plus à la théorie BCS interne.

La connexion Berry

« Dans cette nouvelle théorie, le rôle de l’appariement des électrons est de stabiliser la connexion Berry, au lieu d’être la cause de la supraconductivité par elle-même, et le supercourant est le flux d’électrons simples et appariés généré par la torsion de l’espace où les électrons se déplacent, causée par la connexion  Berry », explique le professeur Koizumi. Ainsi, cette recherche pourrait conduire à des avancées dans le domaine de l’informatique quantique ainsi qu’à des économies d’énergie.

Cette recherche a été publiée dans le Journal of Superconductivity and Novel Magnetism.

Source : University of Tsukuba
Crédit photo : iStock

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