En 1986, la découverte de la supraconductivité dans des matériaux céramiques à base de cuivre — les cuprates — a bouleversé les conceptions des physiciens. La température de transition vers l'état supraconducteur a soudainement grimpé plusieurs fois au-dessus de l'ancienne limite, et la théorie BCS habituelle, qui expliquait le phénomène par les vibrations du réseau, a cessé de fonctionner.
Une équipe internationale dirigée par le professeur Nigel Hussey, de l'université Radboud et du HFML-FELIX, en collaboration avec des collègues de Chine, du Royaume-Uni et des États-Unis, a enfin trouvé le mécanisme clé. Les chercheurs ont montré que dans les cuprates dopés en électrons, tels que l'oxyde de lanthane-cérium-cuivre, les électrons forment des paires précisément grâce à leur interaction avec les fluctuations de spin — les oscillations rapides des minuscules moments magnétiques des atomes.
Pour le prouver, les scientifiques ont créé un film mince particulier présentant un gradient progressif de température critique sur sa longueur. Des contacts lithographiques ont permis de mesurer la résistance à différentes valeurs de température de transition, tout en conservant un même niveau de désordre. L'analyse des données sous champs magnétiques intenses a révélé que la principale source de résistance est la diffusion des électrons sur les spins fluctuants, et que la force de cette interaction est directement corrélée à la température de supraconductivité.
L'analogie est simple : imaginez un flux d'électrons comme une foule de gens dans le métro. Les fluctuations de spin sont les « coups de coude » soudains des voisins qui, dans un métal ordinaire, gênent le mouvement, mais qui, dans les cuprates, aident les électrons à « s'accrocher » en paires et à se déplacer sans pertes. C'est ce lien, et non les vibrations des ions, qui s'est révélé décisif.
Cependant, les travaux ont aussi révélé un second « ingrédient », encore inconnu. Même en renforçant l'interaction avec les spins, il est impossible d'atteindre les températures record observées dans d'autres familles de cuprates. La recherche du facteur manquant devient désormais la tâche principale des théoriciens.
Les résultats sont publiés dans Nature Physics et rapprochent le moment où les supraconducteurs à haute température pourront fonctionner à des températures accessibles sans refroidissement coûteux. Cela ouvrira la voie à des lignes de transport d'électricité ultra-efficaces, à des aimants puissants pour la médecine et aux technologies quantiques de l'avenir.
