LEON N.COOPER

PRIX NOBEL 1972
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SUPRACONDUCTIVITE


"Pour le développement d'une théorie de la supraconductivité qui fournit une explication théorique complète du phénomène"
( avec John Bardeen et John Robert Schrieffer )




Cooper, Leon Neil (1930- ), physicien américain, lauréat du prix Nobel.

Né à New York, Cooper obtient, en 1954, son doctorat de physique à l’université de Columbia sous la direction de J. Robert Oppenheimer. En 1955, il travaille sur la théorie quantique des champs à l’Institute of Advanced Study de Princeton. John Bardeen lui propose de participer à l’étude de la supraconductivité. Découvert en 1911, ce phénomène consiste en ce que certains métaux, lorsqu’ils sont refroidis à une température proche du zéro absolu, n’offrent plus aucune résistance au courant qui les traverse. Cela entraîne une libération du flux d’électrons dans le métal, et donc un accroissement de la conductivité. De 1955 à 1957, Bardeen, Cooper et J. Robert Schrieffer, développent ce qui deviendra la théorie BCS de la supraconductivité, qui explique les raisons pour lesquelles certains matériaux peuvent être supraconducteurs. Dans cette théorie, le nom de Cooper est plus spécifiquement lié aux « paires de Cooper », ensemble de deux électrons (fermions) qui, situés d’une certaine façon parmi des ions positifs, ne se repoussent pas, mais au contraire s’attirent l’un l’autre pour constituer un boson. Ces paires se multiplient et se déplacent dans la même direction, ce qui rend le métal supraconducteur.

En 1957, Cooper quitte l’université de l’Illinois et devient maître-assistant en physique à l’université de l’État de l’Ohio. À partir de 1958, il enseigne la physique à l’université de Providence (Rhode Island). En 1972, Cooper partage, pour ses travaux sur la supraconductivité, le prix Nobel de physique avec les scientifiques américains John Bardeen et J. Robert Schrieffer encarta

Jusqu'à présent, la théorie BCS basée sur l'interaction de couplage électron-phonon est l'un des progrès les plus connus pour expliquer ces propriétés inattendues des superconducteurs conventionnels. Cette théorie, qui a été développée par John Bardeen, Leon N. Cooper et John R. Schrieffer en 1957 et qui a décroché le Prix Nobel de Physique en 1972, suggère que la disparition de la résistance électrique est due à la formation de paires d'électrons à température très basses, malgré leur interaction avec le réseau cristallin. Se basant sur la notion que la résistance électrique résulte de la perte d'énergie produite lorsque les électrons libres entrent en collision avec les vibrations du réseau cristallin ou les défauts du matériau, cette théorie défend l'idée qu'à températures extrêmement basses il n'y a pas l'énergie nécessaire pour séparer ces paires, donc que rien ne peut les détourner de leur chemin. Autrement dit, puisqu'il n'y a pas l'énergie suffisante pour séparer ces paires, elles ne peuvent rencontrer aucune résistance électrique. Cependant, l'on doute que cette théorie puisse expliquer la supraconductivité des cuprates, puisque la résistance électrique de ces derniers est nulle à une température critique de transition aussi élevée que 138 kelvin (-135,15°C), pour laquelle l'énergie est suffisante à rompre l'appariement des électrons - alors appelés paires de Cooper. Les cuprates étant les seuls supraconducteurs de haute température connus jusqu'alors, l'étendue des données disponibles pour l'exploration théorique restait relativement restreinte. Il ne manquait aux scientifiques qu'un matériau supraconducteur à haute température qui ne fît pas partie des cuprates pour explorer de nouvelles pistes théoriques.bulletins electroniques