vitesse des électrons dans un supraconducteur

[invitece89f6b1]

Quel est l'ordre de grandeur de la vitesse des électrons dans un supraconducteur ?
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[invite3f53d719]

Bonjour...

c

[Coincoin]

Salut,

c

Tu es sûr de ce que tu avances ? Des électrons à une vitesse de c, ça me paraît assez difficile...

[invite8ef897e4]

Etant donne la rigueur de la premiere proposition, j'argumente de memoire (ca remonte a quelques annees) :
la vitesse des electrons importe peu : c'est la vitesse des paires qui comptes. Or au sein d'une paire, les electrons ont des impulsions opposees.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Floris]

Ah, dans la supra conduction, les électrons sont couplé par paire. On apel sa la paire de Cooper. Les électron sont couplé gracé à la force nucléaire forte, (me semble t'il, je confond un peut) Mais une question que je ne sait pas, c'est comment cette interaction aparai t'elle?

[spi100]

Les électron sont couplé gracé à la force nucléaire forte, (me semble t'il, je confond un peut) Mais une question que je ne sait pas, c'est comment cette interaction aparai t'elle?

Je ne connait pas très bien le mécanisme d'interaction trou-electron mais interaction forte, surement pas.

[Coincoin]

Je ne pense pas que l'interaction entre les électrons d'une paire de Cooper soit une des 4 interactions fondamentales. En fait, il existe deux types de particules : les fermions, qui ont un spin demi-entier (comme les électrons qui ont un spin de 1/2), et les bosons, qui ont un spin entier. Les fermions sont soumis au principe d'exclusion de Pauli : deux particules identiques ne peuvent pas occuper un même niveau d'énergie; tandis que les bosons font ce qu'ils veulent. Du coup à basse température, pour les fermions, les niveaux d'énergie les plus bas sont remplis et on est obligé de remplir des niveaux un peu plus haut. Mais la nature est intelligente : les électrons se mettent par paires, dont le spin total est de 1/2+1/2=1. Cette paire (de Cooper) est donc un boson et peut prendre un niveau d'énergie bas, même si celui-ci est déjà rempli. Le système a gagné de l'énergie, et comme à basse température l'énergie ne court pas les rues, c'est vraiment bénéfique. Bref, même sans interactions particulières entre les électrons, ils ont intérêt à se mettre par paires...

[deep_turtle]

Le système a gagné de l'énergie, et comme à basse température l'énergie ne court pas les rues, c'est vraiment bénéfique

J'aime beaucoup l'expression... Tu as un copyright dessus ??

[spi100]

J'ai trouvé une explication assez intuitive du méchanisme d'appariemment en paire de Cooper.

Considérons un cristal ionique cubique, si je place un electron au centre de la maille cubique, cet electron va attirer les ions localisés aux coins de la maille. Comme l'electron est très mobile, il va vite quitter cette position, mais les ions plus gros et liés au reste du réseau cristallin, vont mettre du temps à reprendre leurs positions initiales. Si bien qu'il va subsister un excédent de charge positive au centre de la maille tant qu'ils n'auront pas repris leur place. Donc le centre de la maille va pouvoir attirer un deuxième electron.
On peut alors considérer, qu'il se crée une attraction entre l'électron qui est parti, et le nouvel électron attiré, ce mecanisme d'interaction se faisant via les déformations élastiques du réseau cristallin.

A ce stade on peut dire qu'une paire de cooper se propage avec les déformations du réseau cristallin. La vitesse de propagation d'une déformation étant de l'ordre de la vitesse du son dans le matériau, ça doit aussi être l'ordre de grandeur pour la propagation d'une paire de cooper.

[Coincoin]

J'aime beaucoup l'expression... Tu as un copyright dessus ??

Je ne sais pas si déposer cette expression sera très rentable, je la laisse donc dans le domaine public Et puis, c'est quand même beaucoup plus simple que de se lancer dans une explication sur la compétition entre l'énergie et l'entropie.

[invite79a98872]

J'interviens juste pour dire que la bonne explication est celle de spi100, elle permet de bien visualiser le phénomène.

Je me permet juste d'ajouter un chiffre qui me paraît interessant c'est la distance entre deux électrons dans une paire de Cooper : 1000 A° (angstrom) (ils ne sont donc pas accoler comme on pourrait se le représenter!).

Voilà cela me semblait intéressant.

[spi100]

J'interviens juste pour dire que la bonne explication est celle de spi100, elle permet de bien visualiser le phénomène.

Je me permet juste d'ajouter un chiffre qui me paraît interessant c'est la distance entre deux électrons dans une paire de Cooper : 1000 A° (angstrom) (ils ne sont donc pas accoler comme on pourrait se le représenter!).

Voilà cela me semblait intéressant.

1000 A c'est enorme, ca fait 500 sites atomiques environ, je n'aurais pas cru.

[invite79a98872]

C'est un ordre de grandeur, calculé à la "louche" mais je pense que c'est bon.
Si quelqu'un a une autre valeur?
Mais je suis confient.

[invite3f53d719]

Salut,
Tu es sûr de ce que tu avances ? Des électrons à une vitesse de c, ça me paraît assez difficile...

Bah il demandait un ordre de grandeur, mais bon, c'est vrai que ca a l'air plus compliqué.

Eric

[Floris]

Esque une paire de Cooper peut exister dans le vide?

[invite79a98872]

Non, elle n'existe que dans un réseau cristallin.
L'explication de spi100 t'explique que la paire de Cooper est formée par l'interaction entre le phonon (vibration du réseau cristallin), produit par le passage d'un électron, et un autre électron.

[invite8ef897e4]

Bon puisque personne ne l'a encore fait : comment est-il possible qu'il y ait un courant net resultant si les deux electrons d'une paire ont des impulsions opposees ?

[DonPanic]

Slu
Dans un circuit conducteur, les électrons vont à la vitesse qui leur est imposée par la turbine qui crée le courant,
pourquoi cela serait-il fondamentalement dans un circuit supraconduteur ?
Même si ce que je dis est une connerie au niveau microscopique

[invite8ef897e4]

Parce que le courant n'est pas transporte simplement par les electrons, mais par les paires.

[DonPanic]

J'ai suffisamment joué au train électrique quand j'étais môme pour savoir que si je pose une motrice électrique à distance devant une autre que je pousse, celle que je pousse crée un courant qui actionne l'autre et que grossomodo, ce qu'il y a dans les rails, ça ne peut pas aller à une vitesse supérieure à celle que j'imprime au rotor, non ?
mêm si un électron que je pousse déplace les autres à une vitesse proche de la lumière.

[spi100]

Bon puisque personne ne l'a encore fait : comment est-il possible qu'il y ait un courant net resultant si les deux electrons d'une paire ont des impulsions opposees ?

Est ce que tu es sur que les impulsions sont opposées ? Si tu appliques une tension, je vois mal un e partir en sens opposé de l'autre.

[invite8ef897e4]

Laissons la place aux experts. Je ne suis pas chez moi je n'ai acces ni a mes cours ni a mes bouquins. Il me semble pourtant bien que les impulsions sont opposees. Si j'avais le Kittel ou le Ashcroft & Mermin, je pourrais rapidement verifier mes elucubrations (ou pas).

Pensez aussi qu'il existe des quasiparticules chargees.. Il existe beaucoup de types de quasiparticules.

[invite8ef897e4]

Je suis loin d'etre un specialiste de physique du solide. C'est ma comprehension d'eleve qui s'exprime ici, je vous accorde donc volontier qu'il est indispensable de la mettre en doute. Il est possible que ce que je raconte soit completement faux et dans ce cas, j'apprecierais volontier que l'on m'explique.

Je me refere a cette lecture que j'ai pu trouver sur internet ici :

Leon Cooper, who succeeded me as Bardeen's postdoc in the fall of 1955 (...) found that because of this net attraction, the normal state Fermi surface could become unstable at low temperatures to the formation of pairs of electrons of opposite spin and momentum. With his work, the solution to superconductivity was near at hand; it came in early 1957, when Bob Schrieffer, who was Bardeen's graduate student at Illinois, realized that a candidate microscopic description of the superconducting state could be developed by applying an approach earlier developed for polarons (by T.D. Lee, Francis Low, and me) to the interacting Cooper pairs. In the ensuing weeks, Bardeen, Cooper, and Schrieffer developed their microscopic theory of superconductivity, the BCS theory, which was so quickly successful at explaining all existing phenomena and predicting new ones, that in June, 1959, at the first major post-BCS conference on superconductivity (held at Cambridge University), David Schoenberg opened the meeting by saying ``now, let's see to what extent the experiments fit the theoretical facts.''

Desole pour l'anglais. La reference qu'il donne :

David Pines, Ulam Scholar
Center for Nonlinear Studies
Los Alamos National Laboratory
Los Alamos, NM 87545
and
Physics Department, University of Illinois
Urbana-Champaign, IL 61801

June 1997

[invite8ef897e4]

Je crois qu'il s'agit en fait de l'etat fondamental des paires de Cooper, faute de quoi il ne pourrait pas y avoir de courant je suis d'accord avec vous. De plus, il existe d'autres theories de la superconductivite, notamment pour les hautes temperatures. Il faudrait vraiment un expert ici.

[DonPanic]

Slu
Bon, très intéressant les débats sur le pourquoi de la supraconductivité, mais qu'est-ce ce que ça change à la vitesse des électrons dans un circuit, que ça supprime l'effet joule ?
Moi, j'ai ça dans mes cours d'électricité

La vitesse de déplacement des électrons dans le conducteur est très lente (quelques mm/s) pourtant le courant s’établit instantanément, à une vitesse de l’ordre de celle de la lumière (299 792,458 km/s).

Où je n'ai pas dit que des conneries

[invite8ef897e4]

Argh ! Tout le monde dort en France ! Je n'aurai pas de reponse avant demain

Il faut necessairement qu'il y ait une impulsion resultante non nulle, je suis bien d'accord avec vous apres reflection. J'avais bien dit qu'il etait possible que je raconte n'importe quoi. Impossible de trouver une reference utile sur internet. Damn ! Vous avourez que la reference precedente est plutot credible est confusante.

Ce qu'il faudrait determiner, c'est si l'impulsion de la paire peut etre grande devant l'imulsion de chaque electron.

N'y a-t-il pas un physicien insomniaque pour venir a mon secours

[DonPanic]

Désolé, je n'ai pas la réponse à ta question, mais trivialement, et puisque ça m'empêche de dormir cette histoire de vitesse des électrons dans un circuit électrique, si je déplace un aimant le long d'un conducteur, il n'y a pas de raison que les électrons ne s'y déplacent pas à la vitesse à laquelle je déplace mon aimant, où alors les intéractions champ magnétique-champ électrique, c'est que des craques, et je maintiens donc qu'en toute logique, la vitesse des électrons dans un circuit, c'est celle qu'imposera le rotor de la turbine qui crée le courant électrique dans un circuit, supraconducteur ou non. Je ne crois pas que Narduccio, notre électricien nucléaire, me contredirait sur ce coup-là.

[invitece89f6b1]

Dois-je remercier tout le monde de cette foultitude de réponses désordonnées qui ne répondent pas à ma question ? où est-ce que j'ai mal posé ma question. Elle est pourtant simple :

Quel est l'ordre d'idée ou quelques ordres d'idée d'un matériau à l'autre (c'est à dire une puissance de 10) de la vitesse d'un des électrons qui participe à la conduction dans un supraconducteur ? Et je me fous éperdûment qu'il soit couplé ou pas avec l'électron qui le suit ou avec les phonons du réseau cristallin (bien que je vous accorde que ces paramètre doivent entrer en jeu dans la susdite vitesse) ou même avec la barbe du capitaine haddock.

Quand au seul qui m'ait répondu la vitesse c, je suis novice en physique mais pas assez pour comprendre que c'est théoriquement impossible pour une particule massique.

[deep_turtle]

Dois-je remercier tout le monde de cette foultitude de réponses désordonnées qui ne répondent pas à ma question ?

Heu... Zézé, c'est un forum ici, pas un service de réponse instantané ! Les gens essaient de répondre à ta question, ça en soulève d'autres pour essayer d'être sûr qu'on a bien compris la réponse. J'imagine que si quelqu'un poste une réponse lapidaire style "92 m/s" ça ne te conviendra pas et tu auras raison...

Bon, très intéressant les débats sur le pourquoi de la supraconductivité, mais qu'est-ce ce que ça change à la vitesse des électrons dans un circuit, que ça supprime l'effet joule ?

La vitesse des électrons est limitée dans les circuits électriques précisément à cause de leur ralentissement par interaction avec le réseau cristallin ! La vitesse que tu indiques dans ton message s'obtient en écrivant que la force de frottement due à ces intéractions compense exactement celle d'origine électrostatique, due à la tension que tu imposes...

On s'attendrait alors à ce que la vitesse soit bien plus importante dans les supraconducteurs. De combien j'en sais rien, désolé zézé, mais patience, tu l'auras ta réponse ! Tout ça dépend bien des mécanismes d'interaction entre les électrons et le réseau, donc est lié aux mécanismes de la supraconduction.

[invite79a98872]

Salut,
moi je ne suis pas d'accord avec l'interprétation de la phrase de ton cours DonPanic : elle ne dit absolument pas que les électrons se déplacent à c, mais que le courant s'établit très rapidement.
Quand tu branches ta chaîne hi-fi et que tu appuis sur "on" elle marche quasi instantanément.
Mais c'est parce que des électrons libres sont déjà dans le fil électrique et près à être "utilisés".

Bon je n'arrive pas non plus à répondre précisément car je n'ai plus mon Kittel, un physicien du solide serai effectivement le bien venu. Et je ne me souviens pas de la vitesse des paires de Cooper dans un supra.
C'est sûrement une question bête, mais peut-être qu'elle n'est pas connue ?