Une découverte surprenante : Des ‘bizarreries’ quantiques dans un matériau inattendu

Vous savez, certaines des plus grandes découvertes de l’histoire n’avaient, au début, l’air de ne servir à rien. Prenez le laser, par exemple. Quand les scientifiques ont mis au point les premiers appareils, quelques décennies après la théorie d’Albert Einstein en 1917, peu de gens imaginaient à quoi ils pourraient bien être utiles. Aujourd’hui, bien sûr, une bonne partie de notre technologie en dépend.

C’est une histoire qui se répète, semble-t-il. Et c’est un peu ce qui se passe avec une nouvelle découverte assez déroutante dans le monde de la physique quantique.

Au cœur de cette histoire se trouve un homme, Lu Li de l’Université du Michigan, et un matériau au nom un peu barbare : le borure d’ytterbium (YbB12). C’est ce qu’on appelle un « isolant de Kondo ». Pour faire simple, c’est un matériau qui ne devrait pas conduire l’électricité à l’intérieur, dans sa masse, mais qui la conduit sur sa surface. Jusque-là, rien de totalement nouveau.

Sauf que Lu Li et son équipe ont soupçonné qu’il se passait quelque chose de bien plus étrange. Ils ont publié en 2018 des travaux qui mettaient en lumière un phénomène vraiment bizarre concernant ce YbB12, confirmant des recherches menées des années auparavant par des scientifiques de Cambridge.

La grande surprise, c’est qu’ils ont trouvé des preuves de ce que l’on appelle des oscillations quantiques – une sorte de « frétillement » des électrons – non pas à la surface, mais bien à l’intérieur du matériau, là où il est censé être un isolant parfait. C’est un peu comme trouver des poissons qui nagent dans un bloc de béton. Ça ne devrait tout simplement pas arriver.

Comme l’a dit Lu Li à l’époque, « Ce résultat confirme que les isolants de Kondo ont une double nature : ils sont à la fois des isolants électriques et des métaux itinérants ». Cette dualité, cette double personnalité, est une conséquence vraiment surprenante des interactions entre les électrons dans ce matériau.

Sept ans plus tard, Lu Li et son équipe ne se sont pas arrêtés là. Pour être absolument certains de leur coup, ils se sont rendus dans le laboratoire d’aimants le plus puissant du monde, en Floride. Leur objectif était simple : prouver une bonne fois pour toutes que ces fameuses oscillations provenaient bien de l’intérieur du matériau et qu’elles étaient une propriété naturelle de celui-ci, et non un défaut ou une bizarrerie de surface.

Comme ils l’écrivent, la communauté scientifique n’était pas encore tout à fait d’accord sur la question. Il y avait des débats pour savoir si le phénomène venait de la surface ou de l’intérieur. Il fallait donc des preuves solides, et c’est ce qu’ils sont allés chercher.

Leur étude la plus récente confirme bien l’origine interne de ces oscillations quantiques. Mais il y a un hic. Ce comportement n’apparaît que dans des champs magnétiques extrêmement puissants, de l’ordre de 35 Tesla. Pour vous donner une idée, un appareil d’IRM à l’hôpital utilise un champ magnétique d’environ 1 Tesla. On parle donc de conditions vraiment extrêmes, qu’on ne trouve que dans des laboratoires spécialisés.

Cela rend le phénomène encore plus fascinant, mais aussi plus difficile à imaginer dans des applications de tous les jours. Du moins pour l’instant.

Alors, la grande question : à quoi tout cela va-t-il bien pouvoir servir ? Eh bien, c’est là que l’histoire devient vraiment intéressante. Lu Li lui-même l’admet avec une franchise désarmante : « J’aimerais bien savoir quoi en faire, mais à ce stade, nous n’en avons aucune idée. »

Ce qu’ils ont, c’est la preuve expérimentale d’un phénomène remarquable. Ils l’ont observé, enregistré, et peut-être qu’un jour, quelqu’un trouvera comment l’utiliser. Si l’on repense à l’histoire du laser, cette nouvelle découverte, même si elle semble abstraite aujourd’hui, pourrait avoir des conséquences profondes pour la technologie de demain. C’est ça, la beauté de la science : explorer l’inconnu, même sans savoir où le chemin nous mènera.