Les principes
Une résistance nulle
Les supraconducteurs ont la capacité de conduire l'électricité sans perte d'énergie. Quand le courant entre dans un conducteur ordinaire, par exemple un fil de cuivre, une certaine énergie est perdue. Dans une ampoule ou un réchaud électrique, la résistance électrique crée la lumière et la chaleur.
Dans des métaux tels que le cuivre et l'aluminium, l'électricité est conduite tant que les électrons migrent individuellement d'un atome à l'autre. Ces atomes forment un maillage vibrant dans le conducteur en métal; plus le métal est chaud, plus il vibre. Pendant que les électrons commencent à se déplacer dans ce labyrinthe, ils se heurtent aux impuretés ou imperfections minuscules dans ce maillage.
fig.1
Quand les électrons se heurtent à ces obstacles, ils se propagent dans toutes les directions et perdent de l'énergie sous forme de chaleur. Le schéma ci-dessus (fig.1) montre des atomes disposés dans un maillage cristallin, et des électrons mobiles rebondissant contre les atomes qui sont sur leur chemin.
À l'intérieur d'un supraconducteur, le comportement des électrons est très différent. Les impuretés et le maillage atomique sont toujours là, mais le mouvement des électrons supraconducteurs au travers des obstacles est tout à fait différent. Lorsque les électrons traversent le supraconducteur, ils passent librement à travers le maillage atomique. Puisqu'ils ne percutent rien et ne créent aucun frottement, ils peuvent ainsi transmettre l'électricité sans perte de courant ni d’énergie.
La capacité des électrons à traverser un matériau supraconducteur sans résistance a embarrassé les scientifiques pendant nombre d’années. Plus un matériau est chaud, plus ses vibrations atomiques sont importantes. Réciproquement, plus une substance est froide et moins elle vibre. Les premiers chercheurs ont proposé la théorie qu’un nombre plus faible de vibrations atomiques permettent aux électrons de traverser plus facilement un conducteur. Par corollaire, ceci prédit une diminution lente de la résistivité avec la température. Il est vite devenu évident que ces idées simples ne pourraient pas expliquer la supraconductivité.