Dans des laboratoires allemands, des électrons du graphène franchissent soudainement des bandes d'énergie interdites, avec une probabilité pouvant atteindre cent pour cent. Ce n'est pas une erreur de mesure, mais un processus réel qui a pu être filmé en temps réel.
Une équipe de scientifiques de l'Université de Ratisbonne, de l'Université Philippe de Marbourg et du Centre de recherche de Jülich a mené une expérience publiée dans la revue Nature le 2 novembre 2026. Ils ont utilisé un microscope à impulsion photoémissive, combiné à de puissantes impulsions laser, pour suivre le mouvement des électrons dans des couches de graphène d'une épaisseur atomique et d'une pureté extrême, cultivées à Jülich. La méthode a été baptisée vidéographie subcyclique : elle permet de saisir des événements se déroulant en fractions de femtoseconde.
Dans les semi-conducteurs ordinaires, les électrons restent dans leur bande d'énergie, séparée par une bande interdite. Ici, en revanche, sous l'action du champ électrique intense d'une impulsion lumineuse, les électrons sont accélérés et franchissent la bande interdite sans états intermédiaires. Imaginez un ascenseur qui passerait instantanément du premier au vingtième étage, en sautant tous les autres : c'est exactement à cela que ressemble la transition de Landau-Zener-Majorana. La vitesse des électrons au bord de la bande détermine la probabilité d'un tel saut, et dans le graphène, elle atteint cent pour cent.
L'expérience a montré que l'interaction avec le réseau cristallin peut perturber le mouvement ordonné, mais que l'effet tunnel lui-même reste prévisible. Cela diffère fondamentalement de l'effet tunnel classique à travers une barrière spatiale : ici, c'est la dynamique temporelle qui joue le rôle clé.
Cette découverte ouvre la voie au contrôle des électrons dans les matériaux bidimensionnels au moyen de la lumière, et non plus seulement de tensions électriques. À l'avenir, de telles méthodes pourraient servir de base à de nouveaux dispositifs où les transitions quantiques deviendraient un outil de travail plutôt qu'une rare exception.
Les résultats publiés dans Nature confirment que la méthode de vidéographie subcyclique fonctionne aussi sur d'autres matériaux quantiques, offrant une vue panoramique de leur paysage énergétique.
