Recherches sur la supraconduction
Evolutions récentes dans la compréhension du phénomène

© Thierry PERIAT : Textes, idées et photos : ancien poste de contrôle électrique dans une usine (début du 20ième siècle).

La supraconduction – une approche alternative : les excitons et les collexons.

§1. Une des explications proposées pour le phénomène de supraconduction se rapporte à la température moyenne de l’échantillon concerné. Plus on l’abaisse par un moyen ad hoc, et plus les mouvements des molécules constitutives de l’échantillon -et avec elles leurs noyaux- tendent à se réduire ; aboutissant à une sorte de pseudo-cristallisation. Dans ce pseudo-cristal, les noyaux, et donc les protons qui les constituent, restent à peu près fixes autour de positions moyennes (les mailles du réseau) tandis que leurs électrons périphériques continuent à décrire leurs orbitales atomiques dans ces conditions modifiées. Toutefois, dans ces conditions, les interactions mécaniques avec d’autres noyaux deviennent négligeables et les électrons commencent à constituer de facto un bain chargé négativement au sein d’une sorte de structure protonique positive à peu près stable. Fondamentalement, on pourrait être tenté de décrire ces situations comme si on avait à faire à un superfluide (le nuage électronique compris comme un être collectif) circulant en équilibre au milieu d’obstacles fixes (les protons).

§2. Quand on applique une différence de potentiel à l’échantillon et qu’on cherche à savoir ce qui provoque le mouvement électronique supraconducteur, on peut alors parvenir à l’idée que la polarisation appliquée (cette différence de potentiel) joue un peu le même rôle qu’un caillou tombant dans l’eau calme d’une mare. Elle se surajoute au champ des différences de potentiel naturelles présentes dans le pseudo-cristal et provoque une onde de polarisation. Sous l’influence de ce déséquilibre provoqué, si des électrons tentent de se rapprocher des protons voisins, la densification électronique qui en résulte (et donc par là-même l’augmentation des forces répulsives entre les électrons), le principe d’exclusion de Pauli (limitant le nombre d’électrons par orbitale) et l’impossibilité des protons à pouvoir se mouvoir (à cause de la basse température) empêchent ces électrons excités de choisir un autre chemin que celui consistant à créer un courant supraconducteur au sein de la structure protonique.

§3. Le coût des installations nécessaires à créer un froid intense poussent naturellement les chercheurs à rechercher des matériaux pour lesquels ces courants supraconducteurs apparaissent dans des conditions beaucoup plus proches de celles qu’ils ont qualifié de normales. L’intérêt croissant pour les matériaux supraconducteurs (industrie électronique) les invite aussi à découvrir des ruses permettant de modifier des matériaux naturels dans un sens qui facilite l’apparition des propriétés supraconductrices.

C’est une des raisons motivant l’introduction d’impuretés (de faibles quantités d’un matériaux annexes) dans un substrat dont les comportements sont déjà connus, idoines et adéquates.

C’est le cas, par exemple, lorsqu’ils introduisent du Germanium dans un sel nitrique de Gallium [SN, 18 août et 01 septembre 2018, p. 13}. En éclairant ces nouveaux matériaux à l’aide d’un laser, ils ont ainsi pu mettre en évidence ce qu’ils ont baptisé des collexons [Electronic excitations stabilized by a degenerate electrons gas in semiconductors ; Communications Physics, 26 juillet 2018, DOI 10.1038/s42005-010-0033-4, www.nature.com/commsphys, open access}. Ce sont des pseudo-particules quantiques apparentées aux excitons (particules issues de la théorie expliquant l’apparition de la supraconduction par un couplage entre électrons et trous électroniques).

§4. On comprend aussi -au travers de l’explication phénoménologique proposée dans le deuxième paragraphe de cet article- que l’introduction d’impuretés (et plus généralement de n’importe quel matériau) au sein du substrat initial produit forcément une modification de la topologie du bain électronique entourant les pôles positifs. On peut donc espérer (commentaire personnel) que l’étude des fluides pourra peut-être apporter quelques éléments supplémentaires à l’étude de ces matériaux tant chéris par l’industrie moderne.