Une nouvelle théorie de la supraconductivité pour expliquer la supraconductivité

Un chercheur de l’Université de Tsukuba présente un nouveau modèle théorique pour la supraconductivité à haute température, dans lequel le courant électrique peut circuler sans résistance, ce qui pourrait conduire à une génération et une transmission d’énergie très efficaces.

Un scientifique du département de physique quantique de la matière condensée de l’Université de Tsukuba a formulé une nouvelle théorie de la supraconductivité. Basé sur un calcul de « connexion de Berry », ce modèle permet d’expliquer les nouveaux résultats expérimentaux mieux que la théorie actuelle. Les travaux pourraient permettre aux futurs réseaux électriques de transmettre de l’électricité sans pertes.

Les supraconducteurs sont des matériaux merveilleux qui peuvent sembler imperceptibles dans des conditions ambiantes, mais lorsqu’ils sont refroidis à des températures extrêmement basses, ils permettent au courant électrique de circuler sans résistance. Il existe de nombreuses applications évidentes de la supraconductivité, telles que le transfert d’énergie sans perte, mais la physique derrière ce processus n’est toujours pas clairement comprise. La théorie de Bardeen-Cooper-Schreffer (BCS) est une manière bien établie de penser la transition du normal au supraconducteur. Dans ce modèle, tant que l’excitation thermique est maintenue suffisamment petite, les particules peuvent former des “paires de Cooper” qui voyagent ensemble et résistent à la diffusion. Cependant, le modèle BCS n’explique pas adéquatement tous les types de supraconducteurs, ce qui limite notre capacité à créer des matériaux supraconducteurs plus robustes qui fonctionnent à température ambiante.

Aujourd’hui, un scientifique de l’Université de Tsukuba a mis au point un nouveau modèle de supraconductivité qui révèle mieux les principes physiques. Au lieu de se concentrer sur le couplage de particules chargées, cette nouvelle théorie utilise l’outil mathématique appelé la connexion de Berry. Cette valeur calcule la torsion de l’espace où se déplacent les électrons. “Dans la théorie BCS standard, l’origine de la supraconductivité est le couplage électronique. Dans cette théorie, le supercourant est défini comme le flux non dissipatif d’électrons couplés, tandis que les électrons simples souffrent toujours de résistance”, explique le professeur Hiroyasu Koizumi.

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À titre d’illustration, les jonctions Josephson se forment lorsque deux couches de supraconducteurs sont séparées par une fine barrière en métal ordinaire ou un isolant. Bien qu’elles soient largement utilisées dans les détecteurs de champ magnétique à haute résolution et les ordinateurs quantiques, les jonctions Josephson ne s’intègrent pas tout à fait dans la théorie BCS interne. “Dans la nouvelle théorie, le rôle du couplage électronique est de stabiliser la connexion Berry, plutôt que d’être la cause de la supraconductivité en soi, et le supercourant est le flux d’électrons simples et doubles générés par la torsion de l’espace. Les électrons se déplacent en raison de la connexion Berry “, explique le professeur Koizumi. Cette recherche peut conduire à des avancées dans l’informatique quantique ainsi que la conservation de l’énergie.

Référence : « Supraconducting through the Berry connection of multi-body wave functions: revisiting the Andreev-St James reflect and the Josephson effect » par Hiroyasu Koizumi, 5 juillet 2021, disponible ici. Journal de la supraconductivité et du nouveau magnétisme.
DOI : 10.1007/s10948-021-05905-s

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