Températures de transition
La grande majorité des supraconducteurs connus ont des températures de transition qui se situent entre 1 K et 10 K. Parmi les éléments chimiques, le tungstène a la température de transition la plus basse, 0,015 K, et le niobium la plus élevée, 9,2 K. La température de transition est généralement très sensible à la présence d'impuretés magnétiques. Par exemple, quelques parties par million de manganèse dans le zinc abaissent considérablement la température de transition.
Chaleur spécifique et conductivité thermique
Les propriétés thermiques d'un supraconducteur peuvent être comparées à celles du même matériau à la même température à l'état normal. (Le matériau peut être forcé à l'état normal à basse température par un champ magnétique suffisamment grand.)
Quand une petite quantité de chaleur est mise dans un système, une partie de l'énergie est utilisée pour augmenter les vibrations du réseau (une quantité qui est la même pour un système dans l'état normal et supraconducteur), et le reste est utilisé pour augmenter l'énergie des électrons de conduction. La chaleur spécifique électronique (C e) des électrons est définie comme le rapport de la partie de la chaleur utilisée par les électrons à l'augmentation de la température du système. La chaleur spécifique des électrons dans un supraconducteur varie avec la température absolue (T) à l'état normal et à l'état supraconducteur (comme le montre la figure 1). La chaleur spécifique électronique à l'état supraconducteur (désignée C es) est plus petite qu'à l'état normal (désignée C en) à des températures suffisamment basses, mais C es devient plus grande que C en à l' approche de la température de transition T c, point auquel elle chute brusquement à C en pour les supraconducteurs classiques, bien que la courbe ait une forme de pointe près de T c pour les supraconducteurs à haute T c. Des mesures précises ont indiqué qu'à des températures considérablement inférieures à la température de transition, le logarithme de la chaleur spécifique électronique est inversement proportionnel à la température. Cette dépendance à la température, ainsi que les principes de la mécanique statistique, suggèrent fortement qu'il existe un écart dans la distribution des niveaux d'énergie disponibles pour les électrons dans un supraconducteur, de sorte qu'une énergie minimale est requise pour l'excitation de chaque électron d'un état inférieur l'écart à un état au-dessus de l'écart. Certains des supraconducteurs à haute T c fournissent une contribution supplémentaire à la chaleur spécifique, qui est proportionnelle à la température. Ce comportement indique qu'il existe des états électroniques à basse énergie; des preuves supplémentaires de ces états sont obtenues à partir des propriétés optiques et des mesures de tunnelisation.
Le flux de chaleur par unité de surface d'un échantillon est égal au produit de la conductivité thermique (K) et du gradient de température △ T: J Q = -K △ T, le signe moins indiquant que la chaleur circule toujours d'une région plus chaude vers une région plus froide de une substance.
La conductivité thermique à l'état normal (K n) se rapproche de la conductivité thermique à l'état supraconducteur (K s) à mesure que la température (T) s'approche de la température de transition (T c) pour tous les matériaux, qu'ils soient purs ou impurs. Cela suggère que l'écart d'énergie (Δ) pour chaque électron s'approche de zéro lorsque la température (T) s'approche de la température de transition (T c). Cela expliquerait également le fait que la chaleur spécifique électronique à l'état supraconducteur (C es) est plus élevée qu'à l'état normal (C en) près de la température de transition: lorsque la température est élevée vers la température de transition (T c), l'écart énergétique à l'état supraconducteur diminue, le nombre d'électrons excités thermiquement augmente, ce qui nécessite l'absorption de chaleur.
