Pendant des décennies, la perplexité a entouré le comportement des « métaux étranges », caractérisés par leur conduction électrique non conventionnelle. Cependant, une avancée récente a enfin jeté la lumière sur ce mystère vieux de 37 ans. Cette percée pourrait non seulement fournir une explication élégante à ce phénomène, mais également ouvrir de nouvelles perspectives pour le développement de supraconducteurs de pointe destinés aux ordinateurs quantiques, marquant ainsi une étape cruciale dans le domaine de la physique.
Un comportement paradoxal
Les métaux étranges ont toujours captivé les chercheurs en raison de leur comportement inhabituel en matière de conduction électrique. Ils sont capables de conduire l’électricité sans résistance à très basse température, ce qui en fait des supraconducteurs. Cependant, leur caractéristique la plus intrigante est que, même à des températures plus élevées, leur résistance au flux d’électrons est supérieure à celle des métaux ordinaires comme le fer ou le cuivre.
La résistance d’un matériau mesure la difficulté qu’ont les électrons à circuler à travers lui. Plus la température est élevée, plus les électrons sont agités et se cognent entre eux, ce qui augmente la résistance.
Dans les métaux ordinaires, la résistance suit une courbe qui monte doucement avec le carré de la température. Dans les métaux étranges, la résistance suit une ligne droite qui monte brusquement au-delà d’une température critique. Ce comportement paradoxal a été découvert pour la première fois en 1986 dans des cristaux de céramique appelés cuprates par les physiciens Georg Bednorz et Alex Müller, qui ont reçu un prix Nobel pour leur découverte.
Une théorie innovante
Aavishkar Patel, qui travaille au Flatiron Institute de New York, en collaboration avec des scientifiques d’autres universités américaines, a développé une théorie novatrice pour élucider ce puzzle complexe. Cette théorie repose sur une combinaison astucieuse de deux concepts fondamentaux : l’intrication quantique et le hasard.
L’intrication quantique est un phénomène qui crée des liens entre des particules, comme des électrons, qui partagent certaines propriétés. Dans les métaux étranges, des paires d’électrons intriqués, appelées paires de Cooper, ont un comportement ondulatoire. À basse température, ces paires peuvent se déplacer librement à travers la structure atomique du métal.
Cependant, la disposition aléatoire des atomes à l’intérieur des métaux inhabituels joue un rôle crucial. Les paires de Cooper, réparties de manière irrégulière, ont moins de chances de suivre des trajectoires communes à mesure que la température augmente. Cette divergence de trajectoire entraîne une résistance accrue lorsque les paires entrent en collision.
L’interaction complexe entre l’intrication quantique et la non-uniformité de la structure des métaux constitue le fondement de cette nouvelle explication, une perspective qui n’avait jamais été envisagée auparavant, selon M. Patel.
Vers des applications pratiques
L’impact de cette découverte est considérable. Cette théorie pourrait aider les scientifiques à concevoir de meilleurs supraconducteurs pour les ordinateurs quantiques. Les supraconducteurs sont des matériaux qui peuvent transporter l’électricité sans perte d’énergie, mais ils ne fonctionnent qu’à des températures très basses, ce qui limite leur utilisation pratique.
Les métaux étranges sont des candidats potentiels pour créer des supraconducteurs à plus haute température, mais leur comportement reste mal compris. En élucidant le mystère des métaux étranges, les physiciens espèrent pouvoir développer des matériaux plus performants et plus adaptés aux conditions ambiantes, une évolution qui pourrait révolutionner les technologies de l’énergie et de l’information.
Cette avancée marquante ouvre la porte à des applications révolutionnaires. Alors que la quête pour percer les mystères de l’Univers se poursuit, chaque pas en avant nous rapproche de la compréhension profonde des phénomènes complexes qui régissent notre réalité.
