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Une récente découverte pourrait aider les scientifiques à percer les secrets des « métaux étranges », une catégorie de matériaux présentant des propriétés supraconductrices à haute température qui partagent des attributs quantiques fondamentaux avec les trous noirs.

Un aperçu du monde quantique

Les matériaux courants tels que le cuivre et l’argent se comportent de manière prévisible et bien comprise (nous savons comment leur conductance électrique évolue lorsqu’ils sont chauffés ou refroidis). Mais depuis une trentaine d’années, les chercheurs s’intéressent à une autre catégorie : les « métaux étranges », ou cuprates. Ne semblant pas suivre les lois électriques classiques, ceux-ci constituent un aperçu du monde quantique, ainsi qu’un moyen de comprendre d’autres phénomènes ne pouvant actuellement être pleinement expliqués.

Alors que la résistance des métaux standards augmente progressivement lorsqu’il sont chauffés et devient constante à partir d’une certaine température, cela ne se produit pas dans les cuprates. Ce qui serait potentiellement lié à deux constantes différentes, relatives à l’énergie générée par le mouvement thermique et les particules de lumière.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature, des scientifiques de l’université Brown ont observé pour la première fois un matériau dans lequel la charge électrique n’était pas transportée par des électrons, comme c’est normalement le cas, mais par des paires de Cooper, s’apparentant davantage à des ondes. Alors que les électrons font partie d’une classe de particules appelées fermions, les paires de Cooper s’avèrent être des bosons, qui se comportent de manière très différente.

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Pour leurs expériences, les auteurs de l’étude ont utilisé un matériau de type cuprate qui comportait de minuscules trous pour produire les paires de Cooper. Celui-ci a ensuite été chauffé et refroidi afin d’étudier l’évolution de sa conductance, et il s’est avéré qu’il se comportait comme un métal étrange fermionique.

Des implications majeures

Si de tels travaux n’établissent pas les raisons d’un tel comportement, ils montrent cependant que le modèle utilisé pour décrire le transport de charges dans les métaux étranges devra s’appliquer à la fois aux fermions et aux bosons.

« Nous avons ces deux types de particules fondamentalement différentes dont les comportements convergent », explique Jim Valles, auteur principal de la nouvelle étude. « Ce que implique que toute théorie visant à expliquer le comportement étrange du métal ne pourra être spécifique à l’un ou l’autre type de particule. Elle devra être plus fondamentale que cela. »

Selon l’équipe, parvenir à faire pleinement la lumière sur les métaux étranges pourrait conduire à de nouvelles avancées, telles que des réseaux électriques sans perte ou des ordinateurs quantiques plus performants et également améliorer notre compréhension du fonctionnement du cosmos.

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