Supraconductivité 101 – Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Supraconductivité 101 – Base et applications Plan Introduction aux propriétés des supraconducteurs Les jonctions Josephson et SQUIDs Quelques applications Mes activités Visite © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Hélium liquide (4.2K ou -269oC) Azote liquide (77K ou -196oC) Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs Résistivité nulle Hélium liquide (4.2K ou -269oC) Azote liquide (77K ou -196oC) © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

V Ic I Supraconductivité 101 Base et applications Courant critique Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs Courant critique I V Ic © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Diamagnétisme parfait Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs Diamagnétisme parfait © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

À la température ambiante Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 S N Introduction aux propriétés des supraconducteurs Diamagnétisme parfait B À la température ambiante © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

??? S N B = 0 À 77K ou -196oC Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs Diamagnétisme parfait ??? S N B = 0 À 77K ou -196oC © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

avec ancrage des lignes de flux magnétique Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs Diamagnétisme parfait S N À 77K ou -196oC avec ancrage des lignes de flux magnétique © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Le mécanisme en image Théorie BCS + + + + + + - - - - - - - - + + + + Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs Le mécanisme en image Théorie BCS + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

État quantique macroscopique Densité de courant (J = I /A) Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Introduction aux propriétés des supraconducteurs La phase et la densité de courant dans les supraconducteurs État quantique macroscopique Densité de courant (J = I /A) © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Supra D Supra D Supra D Supra D Supra D Supra D Supra G Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Les jonctions Josephson et SQUIDs Couplage entre deux supraconducteurs Supra D Supra D Supra D Supra D Supra D Supra D Supra G Courant de paires!!! © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

V Ic I Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Les jonctions Josephson et SQUIDs Couplage entre deux supraconducteurs I V Ic © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

B Supra D Supra G Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Les jonctions Josephson et SQUIDs La phase et le courant critique – effet d’un champ magnétique B Supra D Supra G © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

V V Ic I I Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Les jonctions Josephson et SQUIDs La phase et le courant critique – effet d’un champ magnétique I V Ic V I © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

La phase et le courant critique – effet d’un champ magnétique Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Les jonctions Josephson et SQUIDs La phase et le courant critique – effet d’un champ magnétique Les attentes La réalité © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Détection de champs magnétiques faibles Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications F. Wellstood, Maryland Détection de champs magnétiques faibles 50 microns = 0.05mm © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Détection de champs magnétiques faibles Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications F. Wellstood, Maryland Détection de champs magnétiques faibles 50 microns = 0.05mm © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

SQUIDs: détecteur de B par excellence! Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Les jonctions Josephson et SQUIDs SQUIDs: détecteur de B par excellence! K.Moler, Stanford F. Wellstood, Maryland (1) V V V B DB ~ pT à nT (~10-8 à 10-5 Bterre !) (2) © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Microscope SQUID à balayage Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Gracieuseté de : Microscope SQUID à balayage http://www.neocera.com SQUIDs B  I © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Lignes à transmission – métaux ordinaires Forte perte de signal à haute fréquence © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Lignes à transmission – R = 0 Très peu de perte de signal Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Lignes à transmission – R = 0 Très peu de perte de signal © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Résonateurs I f I f © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Les applications micro-ondes – télécommunications, détection, sécurité Filtres I f I f © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Supraconductivité 101 Base et applications Filtres Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Filtres © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Recherche : 1) Plus hauts champs 2) Autre façon de détecter (SQUID) Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications Imagerie par Résonance Magnétique (MRI) Recherche : 1) Plus hauts champs 2) Autre façon de détecter (SQUID) © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

”Roulement à billes” magnétique sans contacts !!! Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications ”Roulement à billes” magnétique sans contacts !!! Flywheels IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 13, NO. 2, JUNE 2003 2267 © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

”Roulement à billes” magnétique sans contacts !!! Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Quelques applications ”Roulement à billes” magnétique sans contacts !!! Flywheels © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Croissance de matériaux Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Mes activités de recherche Caractérisation Composition, structure, Croissance de matériaux Couches minces Propriétés physiques Électriques, thermiques, optiques, magnétiques,… Fabrication (micro, nano) © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Dépôt de couches mince par ablation laser La supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Dépôt de couches mince par ablation laser Dépôt stœchiométrique, hors équilibre © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Les matériaux et structures étudiés La supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Les matériaux et structures étudiés Les supraconducteurs (cuprates) Les manganites (ferromagnétiques) La1-xSrxMnO3 : TFM ~ 350K YBa2Cu3O7 : Tc ~ 92K Pr2-xCexCuO4 : Tc ~ 23K La2-xSrxCuO4 : Tc ~ 35K Les double pérovskites (multiferroïques) Les multicouches La2CoMnO6 : TFM ~ 200K Bi2CoMnO6 : TFM ~ 780K !!! © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Caractérisation – exemples de la diffraction des rayons X La supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Caractérisation – exemples de la diffraction des rayons X Microscope électronique à balayage Diffraction des rayons X x = 0.10 © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Fabrication en salles blanches Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Fabrication en salles blanches © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Nanofabrication de supraconducteurs Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Nanofabrication de supraconducteurs Largeur visée = 100 nm Image AFM Image MEB Jessica Gauthier Travail effectué en Suède (Chalmers) © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Propriétés physiques à haut champ magnétique et très basse température Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Mes activités Propriétés physiques à haut champ magnétique et très basse température 0T 9T © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

Visite !!! Supraconductivité 101 Base et applications Physique contemporaine PHQ 171 Visite Visite !!! © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007