En laboratoire, à des températures proches du zéro absolu, les électrons du cristal de CeRu₄Sn₆ se comportent comme s'ils ignoraient toutes les règles établies. Une équipe internationale de chercheurs y a mis en évidence une phase topologique semi-métallique — un état que l'on jugeait jusqu'ici incompatible avec le régime de criticité quantique.
La criticité quantique apparaît lorsqu'un matériau se trouve à la frontière d'une transition de phase. Au lieu des particules habituelles, les électrons sont décrits par des fluctuations collectives, semblables à une mer agitée de vagues. On pensait auparavant qu'une structure topologique stable des états électroniques ne pourrait tout simplement pas survivre dans une telle « mer ».
L'expérience a réfuté cette conception. Les scientifiques ont refroidi l'échantillon de CeRu₄Sn₆ presque jusqu'à zéro et y ont fait passer un courant. En l'absence de tout champ magnétique externe, un effet Hall anormal est apparu — une déviation latérale des porteurs de charge. Cet effet constitue une preuve directe de la nature topologique de l'état.
Le physicien Qimiao Si, de l'Université Rice, a souligné que de fortes fluctuations quantiques ne détruisent pas la topologie, mais qu'au contraire, elles aident à la former et à la consolider. La réponse topologique maximale a été observée précisément là où l'instabilité des électrons était la plus élevée.
Cette découverte ouvre la voie à de nouveaux matériaux qui allient une sensibilité aux influences extérieures à la stabilité des propriétés quantiques. De tels composés pourraient être utiles dans les ordinateurs quantiques, les capteurs de précision et l'électronique économe en énergie.
Les chercheurs vérifient désormais si une phase semblable se rencontre dans d'autres composés.
