Des chercheurs ont observé expérimentalement une géométrie quantique cachée dans des matériaux qui guide les électrons de manière similaire à la façon dont la gravité plie la lumière. La découverte, réalisée à l'interface de deux matériaux oxydes, pourrait faire avancer l'électronique quantique et la supraconductivité. Publiée dans Science, les résultats mettent en lumière un effet longtemps théorisé désormais confirmé dans la réalité.
Les matériaux quantiques, qui fonctionnent selon les règles de la physique à l'échelle atomique, promettent une électronique plus rapide et un flux d'énergie efficace. Une équipe de l'Université de Genève (UNIGE), de l'Université de Salerne et de l'Institut CNR-SPIN italien a mis au jour une caractéristique clé de ces matériaux : la métrique quantique. Cette métrique décrit une courbure dans l'espace quantique qui influence les trajectoires des électrons, tout comme la gravité d'Einstein déforme la lumière. Auparavant une idée théorique d'environ 20 ans, elle était difficile à détecter expérimentalement. « Le concept de métrique quantique remonte à environ 20 ans, mais pendant longtemps il a été considéré comme un pur construct théorique. Ce n'est que ces dernières années que les scientifiques ont commencé à explorer ses effets tangibles sur les propriétés de la matière », a déclaré Andrea Caviglia, professeur et directeur du Département de physique de la matière quantique de l'UNIGE. Les chercheurs ont observé cet effet à la frontière entre le titanate de strontium et l'aluminate de lanthane, un montage connu pour les études quantiques. Ils ont utilisé des champs magnétiques intenses pour déformer les trajectoires des électrons, révélant la présence de la métrique. L'auteur principal, Giacomo Sala, chercheur associé à l'UNIGE, a expliqué : « Sa présence peut être révélée en observant comment les trajectoires des électrons sont déformées sous l'influence combinée de la métrique quantique et de champs magnétiques intenses appliqués aux solides. » L'étude, détaillée dans la revue Science (DOI : 10.1126/science.adq3255), montre que la métrique quantique est courante dans de nombreux matériaux. Cela permet des mesures plus précises des propriétés optiques, électroniques et de transport. Caviglia a ajouté : « Ces découvertes ouvrent de nouvelles voies pour explorer et exploiter la géométrie quantique dans une large gamme de matériaux, avec des implications majeures pour l'électronique future fonctionnant à des fréquences térahertz, ainsi que pour la supraconductivité et les interactions lumière-matière. » Ces avancées s'appuient sur les bases de la physique quantique qui ont permis les transistors et l'informatique moderne, potentiellement menant à des dispositifs ultra-rapides sans perte d'énergie.