Cuprate supraconducteur

Les cuprates supraconducteurs sont des supraconducteurs à haute température constitués de couches d'oxyde de cuivre (CuO2) alternant avec des couches de réservoirs de charge (CR), qui sont des oxydes d'autres métaux.

Histoire
Chronologie du supraconducteur. Les cuprates sont affichés sous forme de diamants bleus, le diborure de magnésium et les autres supraconducteurs BCS s'affichent sous forme de cercles verts et les supraconducteurs à base de fer sous forme de carrés jaunes. Les cuprates sont actuellement les supraconducteurs à température la plus élevée, qui conviennent aux fils et aux aimants.

L'intérêt pour les cuprates a fortement augmenté en 1986 avec la découverte de la supraconductivité à haute température dans l'oxyde mixte de baryum, de cuivre et de lanthane. La température critique (Tc) pour ce matériau était de 35 K, bien au-dessus du précédent record de 23 K[1]. Des milliers de publications couvrent la supraconductivité des cuprates entre 1986 et 2001[2], et Bednorz et Müller ont reçu le prix Nobel de physique un an seulement après leur découverte[3].

À partir de 1986, de nombreux cuprates supraconducteurs ont été identifiés et peuvent être classés en trois groupes sur un diagramme de phase température critique en fonction de la teneur en trous d'oxygène et de la teneur en trous de cuivre :

  • baryum de lanthane- (LB-CO), Tc = 35 K ;
  • yttrium baryum- (YB-CO), Tc = 60 K ;
  • à base de Bi, Tl, Hg :
    • bismuth strontium calcium- (BiSC-CO), Tc = 95 K,
    • thallium baryum calcium- (TBC-CO), Tc = 125 K[4],
    • mercure baryum calcium- (HGBC-CO) 1993, avec Tc = 135 K, actuellement la température critique de cuprate la plus élevée[5],[6].

Structure
La cellule unitaire du cuprate supraconducteur à haute température BSCCO-2212.

Les cuprates supraconducteurs contiennent généralement des oxydes de cuivre dans les états d'oxydation 3+ et 2+. Par exemple, YBa2Cu3O7 est décrit comme Y3+(Ba2+)2(Cu3+)(Cu2+)2(O2−)7.

Tous les cuprates supraconducteurs sont des matériaux en couches ayant une structure complexe décrite comme un super-réseau de couches de CuO2 supraconductrices séparées par des couches d'espacement, où la déformation entre les différentes couches et les dopants dans les espaceurs induit une hétérogénéité complexe qui, dans le scénario des super-bandes, est intrinsèque aux hautes températures de supraconductivité.

Applications

Les supraconducteurs BSCCO ont déjà des applications à grande échelle. Par exemple, des dizaines de kilomètres de câbles supraconducteurs BSCCO-2223 à 77 K sont utilisés dans les conducteurs du Grand collisionneur de hadrons du CERN[7] (mais les bobines de champ principal utilisent des supraconducteurs métalliques à plus basse température, principalement à base de niobium – étain).

Notes et références
  1. (en) J. G. Bednorz et K. A. Mueller, « Possible high TC superconductivity in the Ba-La-Cu-O system », Z. Phys. B, vol. 64, no 2,‎ , p. 189–193 (DOI 10.1007/BF01303701, Bibcode 1986ZPhyB..64..189B)
  2. (en) Mark Buchanan, « Mind the pseudogap », Nature, vol. 409, no 6816,‎ , p. 8–11 (PMID 11343081, DOI 10.1038/35051238)
  3. (en) Nobel prize autobiography, sur nobelprize.org.
  4. (en) Sheng et Hermann A. M., « Bulk superconductivity at 120 K in the Tl–Ca/Ba–Cu–O system », Nature, vol. 332, no 6160,‎ , p. 138–139 (DOI 10.1038/332138a0, Bibcode 1988Natur.332..138S)
  5. (en) Schilling, Cantoni, Guo et Ott, « Superconductivity above 130 K in the Hg–Ba–Ca–Cu–O system », Nature, vol. 363, no 6424,‎ , p. 56–58 (DOI 10.1038/363056a0, Bibcode 1993Natur.363...56S)
  6. (en) Lee, « From high temperature superconductivity to quantum spin liquid: progress in strong correlation physics », Reports on Progress in Physics, vol. 71,‎ , p. 012501 (DOI 10.1088/0034-4885/71/1/012501, Bibcode 2008RPPh...71a2501L, arXiv 0708.2115)
  7. (en) Amalia Ballarino, « HTS materials for LHC current leads », CERN,‎ (lire en ligne)

Annexes

Articles connexes

Bibliographie
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