Supraconductivité 101 – Base et applications

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

6 ??? 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

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

19 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

20 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

21 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

22 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

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

24 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

25 ”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 © Patrick Fournier Département de physique, Université de Sherbrooke Novembre 2007

26 ”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

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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

32 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

33 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

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