Dans le laboratoire de l'université de Chicago, des scientifiques ont découvert un comportement inattendu des électrons dans un matériau magnétique lamellaire, le Fe₅GeTe₂ : des millions de particules se déplacent ensemble extrêmement lentement, tout en conservant leur cohérence quantique. Ce phénomène contredit les modèles théoriques existants et ouvre la voie à de nouveaux types de dispositifs de mémoire.
Le matériau Fe₅GeTe₂ appartient à la famille des aimants de van der Waals, que l'on peut obtenir sous forme de couches d'une épaisseur atomique. Les chercheurs, dirigés par le professeur Shuolong Yang, ont utilisé la méthode de spectroscopie photoélectronique résolue en angle. Ils ont irradié l'échantillon avec un laser ultraviolet sur une zone de seulement 10 micromètres et ont observé une bande électronique plate — signe que les électrons ne s'accélèrent presque pas lorsqu'ils se déplacent à travers le matériau.
Dans des conditions ordinaires, les électrons d'un conducteur se comportent comme de l'eau dévalant à toute vitesse une pente raide. Ici, en revanche, la pente est presque horizontale : les particules se déplacent des milliers de fois plus lentement, mais agissent de manière concertée, comme un ensemble quantique unique. « Nous ne mesurons pas un seul électron, mais l'interaction de milliers ou de millions d'entre eux, et tous se déplacent de façon cohérente », explique Yang.
Ce comportement persiste jusqu'à une température de 100 kelvins au-dessus du zéro absolu — un niveau relativement élevé pour des effets quantiques. Cela rend le matériau prometteur pour des applications pratiques, bien que l'on soit encore loin de la température ambiante. Les scientifiques vérifient déjà la possibilité de commuter les états à l'aide d'un laser, ce qui pourrait constituer la base d'une mémoire non volatile de nouvelle génération.
Cette découverte oblige à revoir la compréhension des interactions magnétiques au sein du Fe₅GeTe₂. Les théoriciens doivent désormais décrire à nouveau la structure magnétique de cette substance. Parallèlement, les expérimentateurs prévoient de vérifier les propriétés dans une couche monoatomique — c'est précisément sous cette forme que le matériau pourrait trouver une application dans les futurs dispositifs quantiques.
Ce travail est dédié à la mémoire de l'éminent théoricien Peter Littlewood, qui a grandement contribué à la recherche sur les matériaux quantiques. Ses résultats sont publiés dans Science Advances et ont déjà suscité l'intérêt des spécialistes des aimants bidimensionnels.
