Les physiciens ont mis au jour un ordre magnétique subtil au sein de la phase pseudogap des matériaux quantiques, expliquant potentiellement la voie vers la supraconductivité. À l'aide d'un simulateur quantique ultrafroid, les chercheurs ont observé des motifs magnétiques persistants alignés sur la température de formation du pseudogap. Cette découverte pourrait faire avancer le développement de supraconducteurs à haute température pour des technologies écoénergétiques.
La supraconductivité, phénomène où les matériaux conduisent l'électricité sans résistance, promet de révolutionner la transmission d'énergie et l'informatique quantique. Cependant, dans les supraconducteurs à haute température, la transition vers cet état implique souvent une phase intermédiaire mystérieuse appelée pseudogap, où les électrons présentent un comportement inhabituel et une conductivité réduite. Une nouvelle étude remet en question les idées reçues sur ce pseudogap. Les chercheurs ont découvert que, même après dopage — retrait d'électrons pour modifier le matériau — qui perturbe l'ordre magnétique apparent, un motif magnétique caché et universel persiste à des températures extrêmement basses. Ce motif reflète étroitement la température à laquelle émerge le pseudogap, suggérant que le magnétisme joue un rôle crucial dans la mise en place de la supraconductivité. La découverte résulte d'expériences simulant le modèle de Fermi-Hubbard avec des atomes de lithium refroidis à des milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu dans un réseau optique formé par des lasers. Grâce à un microscope à gaz quantique, l'équipe a capturé plus de 35 000 images d'atomes individuels, révélant des corrélations entre jusqu'à cinq particules — bien au-delà des études typiques axées sur les paires. «Les corrélations magnétiques suivent un seul motif universel lorsqu'elles sont tracées contre une échelle de température spécifique », a déclaré l'auteur principal Thomas Chalopin du Max Planck Institute of Quantum Optics. « Et cette échelle est comparable à la température du pseudogap, le point où émerge le pseudogap. » Ce travail s'appuie sur des prédictions théoriques d'un article de Science de 2024 et a impliqué une collaboration entre expérimentateurs de l'Institut Max Planck en Allemagne et théoriciens du Center for Computational Quantum Physics à New York, dirigé par Antoine Georges. « Il est remarquable que les simulateurs quantiques analogiques basés sur des atomes ultrafroids puissent maintenant être refroidis à des températures où des phénomènes collectifs quantiques complexes apparaissent », a noté Georges. Les résultats, publiés dans les Proceedings of the National Academy of Sciences en 2026, fournissent un jalon pour les modèles de pseudogap et soulignent la valeur des partenariats théorie-expérimentation dans l'étude de la matière quantique.
