Dans le laboratoire de l'Université de Californie à Los Angeles, un acide aminé ordinaire a aidé de manière inattendue un matériau quantique à conserver un comportement ordonné particulier des électrons à une température jusqu'alors jugée inaccessible. Il s'agit du disulfure de tantale, un matériau constitué de couches ultraminces de seulement trois atomes d'épaisseur. À froid extrême, il s'y forme ce que l'on appelle une onde de densité de charge commensurable : les électrons ne se déplacent pas de façon chaotique, mais de manière coordonnée, en reproduisant le motif du réseau cristallin.
Habituellement, cet état quantique disparaît dès que la température dépasse moins 57 °C. Les vibrations thermiques des atomes détruisent rapidement cet ordre fragile. Les chercheurs dirigés par Xiangfeng Duan ont ajouté aux couches de disulfure de tantale des molécules d'arginine, l'un des vingt acides aminés standard qui constituent les protéines. Le résultat s'est révélé stupéfiant : le mouvement ordonné des électrons s'est maintenu jusqu'à plus 57 °C.
L'arginine s'est adaptée au réseau cristallin du disulfure de tantale comme une pièce de puzzle idéale. Sa taille et sa répartition des charges correspondaient exactement aux espaces entre les couches du matériau. Deux autres acides aminés testés n'ont pas produit cet effet. Des calculs informatiques ont confirmé que c'est précisément cette « coïncidence » géométrique et électronique qui stabilise l'état quantique à température ambiante et même élevée.
Cette découverte est importante non seulement pour la science fondamentale. Le mouvement ordonné des électrons dans de tels matériaux peut être utilisé pour créer un nouveau type de mémoire économe en énergie, où l'information n'est pas stockée dans une charge ordinaire, mais dans des propriétés quantiques. Ce n'est pour l'instant qu'une perspective, mais la méthode — utiliser des molécules du vivant pour ajuster des cristaux inorganiques — ouvre une nouvelle voie dans la conception de matériaux quantiques.
Les chercheurs prévoient de tester d'autres molécules et de déterminer si l'on peut stabiliser de la même manière la supraconductivité ou d'autres effets quantiques. Si l'approche fonctionne, les scientifiques pourront, au lieu de chercher de nouveaux composés exotiques, sélectionner des « clés » organiques déjà connues pour les « serrures » inorganiques voulues.
Un simple acide aminé, autrefois associé uniquement à la biologie, aide désormais la physique quantique à sortir des laboratoires cryogéniques.
