Supraconducteurs : l’UHJ (Israël) explique comment deux matériaux ultrafins abritent deux états agissant de concert
Une nouvelle étude de l’Université Hébraïque de Jérusalem révèle que deux matériaux supraconducteurs ultrafins, largement étudiés, sont plus complexes qu’il n’y paraît. Bien qu’ils semblent se comporter comme des supraconducteurs simples dotés d’un unique gap énergétique, ils abritent en réalité deux états supraconducteurs en forte interaction qui agissent de concert, donnant l’illusion d’un état unique. Cette découverte résout une énigme de longue date concernant le comportement de ces matériaux et offre un nouvel éclairage sur la supraconductivité ; ces connaissances pourraient aider les scientifiques à concevoir de meilleurs matériaux supraconducteurs pour des technologies d’avenir telles que les ordinateurs quantiques, l’électronique ultra-efficace et les capteurs de pointe. Parfois, les plus grandes découvertes scientifiques naissent d’une observation plus attentive d’un phénomène que l’on croyait déjà comprendre.
Depuis des décennies, les physiciens étudient une classe remarquable de matériaux appelés supraconducteurs, capables de transporter l’électricité sans aucune perte d’énergie. Ces matériaux pourraient un jour alimenter des dispositifs électroniques ultra-efficaces, des ordinateurs quantiques et des technologies médicales de pointe. L’un des supraconducteurs les plus étudiés, le diséléniure de niobium (NbSe₂), semblait présenter un comportement simple lorsqu’il était réduit à quelques couches atomiques seulement. Les expériences suggéraient qu’il agissait comme un supraconducteur à gap énergétique unique, une signature fondamentale décrivant la manière dont les électrons s’apparient pour circuler sans résistance.
Cependant, les chercheurs soupçonnaient que la réalité était plus complexe. L’étude a été menée par Shahar Simon (doctorant) et Maya Klang (étudiante en master) sous la direction des professeurs Oded Millo et Hadar Steinberg, du Racah Institute of Physics et du Center for Nanoscience and Nanotechnology de l’Université Hébraïque de Jérusalem. Grâce à des mesures de spectroscopie par effet tunnel d’une extrême sensibilité, l’équipe a découvert que le matériau ne se comportait pas du tout comme un supraconducteur simple à ordre unique. Il dissimulait en fait deux ordres supraconducteurs distincts, interagissant si fortement qu’ils apparaissaient comme un seul et même état. Ce même comportement caché a également été observé chez un autre matériau étroitement apparenté, le TaS₂. « C’est un peu comme écouter ce qui semble être une voix unique, pour finalement découvrir qu’il s’agit d’un duo parfaitement synchronisé », ont expliqué les chercheurs. Cette découverte résout une énigme de longue date.
Les expériences précédentes ne permettaient pas d’expliquer pleinement, à l’aide des théories classiques, la forme détaillée du spectre énergétique supraconducteur. En appliquant un modèle plus sophistiqué, qui prend en compte la présence de deux ordres supraconducteurs distincts, l’équipe de l’Université hébraïque de Jérusalem a pu expliquer avec précision non seulement les mesures elles-mêmes, mais aussi la réaction de ces matériaux lorsqu’ils sont exposés à des champs magnétiques. Ces résultats suggèrent également que la version plus épaisse (ou massive) du NbSe₂ pourrait en réalité abriter trois ordres supraconducteurs en interaction, révélant ainsi une dynamique encore plus riche du fonctionnement de la supraconductivité dans ces matériaux. Comprendre cette complexité cachée pourrait aider les scientifiques à concevoir et à mettre au point de futurs dispositifs supraconducteurs avec une plus grande précision. Alors que la recherche progresse vers des technologies telles que les ordinateurs quantiques et les dispositifs électroniques ultra-efficaces, il devient crucial de comprendre exactement comment les électrons se comportent au sein de ces matériaux.
Publication dans Physical Review Letters 29 juin 2026
Traduction adaptation par Esther Amar pour Israël Science Info
