Dans un monde où les électrons se heurtent habituellement et perdent de l'énergie, les supraconducteurs leur permettent de se déplacer sans résistance. Mais dans le ditellurure d'uranium, les scientifiques ont découvert quelque chose d'inattendu : des ondes ordonnées de paires d'électrons subsistent même après que le matériau a perdu son état supraconducteur.
La supraconductivité apparaît à de très basses températures, lorsque les électrons forment des paires de Cooper et traversent le réseau cristallin sans pertes. Dans les matériaux ordinaires, ces paires n'apparaissent que strictement lors d'une transition de phase. Cependant, dans le ditellurure d'uranium, qui devient supraconducteur en dessous de 2,1 kelvins, les paires de Cooper forment des motifs spatiaux répétitifs — des ondes de densité de paires.
De telles ondes avaient été prédites dès 2007, mais il n'existait aucune preuve directe de leur existence hors de la phase supraconductrice. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont utilisé un microscope à effet tunnel à champ magnétique vectoriel et des échantillons de matériau de haute qualité. Ils ont enregistré des modes électroniques caractéristiques qui réagissent à la température et au champ magnétique exactement comme le prédit la théorie des ondes de densité de paires.
Le plus surprenant : ces modes subsistent à des températures nettement supérieures au point critique de la supraconductivité. Le physicien Eduardo Fradkin les a comparés au sourire du Chat du Cheshire — des traces qui demeurent après la disparition de la phase elle-même. Cela ne signifie pas que le matériau reste supraconducteur à des températures plus élevées, mais montre que les paires de Cooper peuvent exister sous une forme organisée indépendamment de l'état fondamental.
Le ditellurure d'uranium est également intéressant parce qu'il est considéré comme un rare supraconducteur à triplet de spin : les paires d'électrons qu'il contient possèdent leur propre orientation magnétique. L'observation des ondes de densité de paires aide à comprendre comment se forment précisément ces paires inhabituelles et pourquoi elles se comportent différemment de celles des supraconducteurs classiques.
Cette découverte rapproche les physiciens de la résolution des mécanismes de la supraconductivité non conventionnelle et pourrait indiquer des voies vers la création de matériaux fonctionnant à des températures plus élevées. La compréhension de ces états intermédiaires est importante pour les technologies futures — des réseaux économes en énergie aux ordinateurs quantiques.
Les ondes de densité de paires montrent que la supraconductivité n'est pas simplement une activation ou une désactivation, mais un processus complexe comportant des étapes intermédiaires que l'on peut désormais étudier directement.
