Un chercheur de l’Université de Tsukuba présente un nouveau modèle théorique de supraconductivité à haute température, dans lequel le courant électrique peut circuler avec une résistance nulle, ce qui peut conduire à une génération et une transmission d’énergie extrêmement efficaces.
Un scientifique de la Division de physique quantique de la matière condensée de l’Université de 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. Les travaux pourraient permettre aux futurs réseaux électriques d’envoyer de l’énergie sans pertes.
Les supraconducteurs sont des matériaux fascinants qui peuvent sembler banals dans des conditions ambiantes, mais lorsqu’ils sont refroidis à des températures très basses, ils permettent au courant électrique de circuler avec une résistance nulle. Il existe plusieurs applications évidentes de la supraconductivité, telles que la transmission d’énergie sans perte, mais la physique sous-jacente à ce processus n’est toujours pas clairement comprise. La manière établie de penser la transition du normal au supraconducteur est appelée la théorie de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Dans ce modèle, tant que les excitations thermiques sont maintenues suffisamment petites, 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 l’appariement de particules chargées, cette nouvelle théorie utilise l’outil mathématique appelé « connexion Berry ». Cette valeur calcule une torsion de l’espace où les électrons se déplacent. « Dans la théorie BCS standard, l’origine de la supraconductivité est l’appariement des électrons. Dans cette théorie, le supercourant est identifié comme le flux sans dissipation des électrons appariés, tandis que les électrons simples subissent toujours une résistance », explique le professeur Hiroyasu Koizumi.
A titre d’illustration, les jonctions Josephson sont formées lorsque deux couches supraconductrices sont séparées par une fine barrière en métal normal ou un isolant. Bien que largement utilisées dans les détecteurs de champ magnétique de haute précision et les ordinateurs quantiques, les jonctions Josephson ne correspondent pas non plus parfaitement à la théorie BCS interne. “Dans la nouvelle théorie, le rôle de l’appariement des électrons est de stabiliser la connexion Berry, au lieu d’être la cause de la supraconductivité en soi, et le supercourant est le flux d’électrons simples et appariés générés en raison de la torsion de l’espace où les électrons voyagent à cause de la connexion Berry », explique le professeur Koizumi. Ainsi, cette recherche peut conduire à des avancées dans l’informatique quantique ainsi que la conservation de l’énergie.
Référence : « Supraconductivity by Berry Connection from Many-body Wave Functions: Revisi to Andreev−Saint-James Reflection and Josephson Effect » par Hiroyasu Koizumi, 5 juillet 2021, Journal de la supraconductivité et du magnétisme nouveau.
DOI : 10.1007 / s10948-021-05905-et
