Comment fonctionne un supraconducteur?
Afin de comprendre le fonctionnement d'un supraconducteur, il peut être utile d'examiner comment fonctionne un conducteur ordinaire. Certains matériaux tels que l'eau et le métal permettent aux électrons de les traverser assez facilement, comme de l'eau à travers un tuyau d'arrosage. D'autres matériaux, tels que le bois et le plastique, ne permettent pas le passage des électrons, ils sont donc considérés comme non conducteurs. Vouloir leur faire passer l’électricité, c’est comme essayer de faire couler l’eau à travers une brique.
Même parmi les matériaux considérés comme conducteurs, il peut exister de grandes différences dans la quantité d'électricité pouvant réellement passer. En termes électriques, cela s'appelle une résistance. Presque tous les conducteurs électriques normaux ont une certaine résistance car ils possèdent des atomes qui bloquent ou absorbent les électrons lorsqu’ils traversent le fil, l’eau ou un autre matériau. Un peu de résistance peut être utile pour garder le flux électrique sous contrôle, mais cela peut aussi être inefficace et inutile.
Un supraconducteur prend l’idée de résistance et l’inverse. Un supraconducteur est généralement composé de matériaux synthétiques ou de métaux tels que le plomb ou le niobiumtitane, qui ont déjà une faible numération atomique. Lorsque ces matériaux sont gelés à un zéro presque absolu, les atomes qu’ils ont détruits s’arrêtent presque. Sans toute cette activité atomique, l'électricité peut traverser le matériau pratiquement sans aucune résistance. Concrètement, un processeur d'ordinateur ou une voie de train électrique équipé d'un supraconducteur utiliserait très peu d'électricité pour s'acquitter de ses fonctions.
Le problème le plus évident avec un supraconducteur est la température. Il existe peu de moyens pratiques de refroidir de grandes quantités de matériaux supraconducteurs jusqu'au point de transition requis. Une fois qu'un supraconducteur commence à se réchauffer, l'énergie atomique d'origine est restaurée et le matériau crée à nouveau une résistance. Le truc pour créer un supraconducteur pratique consiste à trouver un matériau qui devient supraconducteur à la température ambiante. Jusqu'à présent, les chercheurs n'ont découvert aucun métal ou matériau composite perdant toute sa résistance électrique à haute température.
Pour illustrer ce problème, imaginez un fil de cuivre standard comme une rivière d’eau. Un groupe d'électrons est dans un bateau en train d'essayer d'arriver à destination en amont. La puissance de l'eau qui coule en aval crée une résistance, ce qui oblige le bateau à travailler encore plus fort pour traverser toute la rivière. Au moment où le bateau atteint sa destination, beaucoup de passagers électroniques sont trop faibles pour continuer. C'est ce qui se passe avec un conducteur régulier: la résistance naturelle provoque une perte de puissance.
Maintenant, imaginez si la rivière était complètement gelée et si les électrons étaient dans un traîneau. Comme il n'y aurait pas d'eau qui coule en aval, il n'y aurait pas de résistance. Le traîneau passerait simplement sur la glace et déposerait presque tous les passagers électroniques en toute sécurité en amont. Les électrons n'ont pas changé, mais le fleuve a été modifié par la température pour ne pas résister. Trouver un moyen de geler la rivière à une température normale est l’objectif ultime de la recherche sur les supraconducteurs.