Dans le monde de la science des matériaux, parfois, les principales découvertes peuvent être trouvées dans des endroits inattendus. En travaillant sur la résistivité d'un type de délafossite, le PdCoO2, des chercheurs du Laboratoire des matériaux quantiques de l'EPFL ont découvert que les électrons de leur échantillon ne se comportaient pas tout à fait comme prévu. Lorsqu'un champ magnétique a été appliqué, les électrons ont conservé les signatures de leur nature ondulatoire, qui pouvaient être observés même dans des conditions de température relativement élevées et apparaissaient dans des tailles relativement grandes. Ces résultats surprenants, obtenu en collaboration avec plusieurs instituts de recherche, pourrait s'avérer utile, par exemple dans la quête de l'informatique quantique. La recherche sera publiée aujourd'hui dans la prestigieuse revue Science .

Pour saisir la signification de cette découverte, nous devons nous imaginer à l'échelle minuscule des atomes. A cette échelle, nous voyons que les métaux, même si nous les considérons normalement comme assez denses, sont en réalité constitués d'un grand nombre d'espaces vides autour des atomes. Lorsque les électrons se déplacent dans ces espaces interstitiels, ils ont une double nature, se comportant à la fois comme des particules et comme des ondes. Habituellement, leurs mouvements dans un fil métallique sont bien capturés par leurs aspects de particules, car leur nature ondulatoire est beaucoup trop faible et masquée par diverses autres interactions. Uniquement dans des conditions de laboratoire très spécifiques, surtout à très basse température, les expériences de Richard Webb et de ses collègues avaient révélé le caractère ondulatoire des électrons dans les métaux.

L'échantillon étudié était PdCoO 2 , dont la structure électronique est presque bidimensionnelle et extrêmement pure, et qui est utilisé comme catalyseur en chimie. Les chercheurs ont été surpris d'observer un nouveau type d'oscillations qui présentaient des longueurs de cohérence importantes lorsque l'échantillon était soumis à un champ magnétique. Cette cohérence est importante lorsque l'on essaie de préserver les états quantiques et les conditions dans lesquelles cela s'est produit n'auraient pas dû être possibles selon les principes de base de la physique. Dans ce cas, ils ont été notés à des températures allant jusqu'à 60 Kelvin et à des échelles de longueur allant jusqu'à 12 microns.

"C'est gigantesque !"

"C'est vraiment surprenant, " dit Philip Moll, qui dirige le Laboratoire des matériaux quantiques de l'EPFL. "C'est la toute première fois que cet effet quantique est observé dans un si gros morceau de métal. Douze micromètres peuvent sembler petits, mais pour les dimensions d'un atome, c'est gigantesque. C'est l'échelle de longueur de la vie biologique, comme les algues et les bactéries."

La prochaine étape sera d'essayer de mieux comprendre comment ce phénomène est possible à cette échelle. Mais les chercheurs imaginent déjà une multitude de possibilités, notamment dans le domaine de l'informatique quantique.