Un nouvel état quantique découvert dans le graphène

Des électrons forcés à travers un labyrinthe de couches de carbone torsadées se comportent de manière inattendue. Des chercheurs de l’Université de la Colombie-Britannique, de l’Université de Washington, de l’Université Johns Hopkins et de l’Institut national des sciences des matériaux du Japon ont découvert un nouvel état étrange de la matière dans les courants électriques du graphène.

Leurs résultats confirment des prédictions sur le comportement des électrons dans les structures cristallines et pourraient ouvrir la voie à de nouvelles approches en informatique quantique ou en supraconductivité à température ambiante.

« Le graphène est composé d’atomes de carbone disposés en nid d’abeille », explique Joshua Folk, co-auteur de l’étude et physicien de la matière condensée à l’UBC. « La manière dont les électrons sautent entre ces atomes détermine ses propriétés électriques, le rendant similaire aux métaux comme le cuivre. »

Depuis des décennies, la structure unique du graphène fascine les scientifiques. Ses électrons libres se déplacent comme des pièces de jeu quantiques, permettant aux chercheurs de manipuler la résistance et de découvrir des états exotiques de la matière. Cela fait du graphène un terrain d’expérimentation idéal pour explorer la conductivité à faible résistance et les effets quantiques.

Un nouveau tournant : effets moirés et blocage des électrons

L’un de ces effets quantiques est le « blocage » des électrons, où ils se figent en place, passant d’un état fluide à une structure ordonnée appelée cristal de Wigner. Traditionnellement, ces cristaux avaient des formes et des comportements bien définis—jusqu’à présent.

Dans cette expérience, les chercheurs ont tordu des couches de graphène d’un atome d’épaisseur pour créer un effet moiré, un motif résultant du chevauchement de deux réseaux. Cette distorsion modifie le mouvement des électrons, changeant leur vitesse et tordant même leur trajectoire le long des bords du matériau.

« Cela crée un paradoxe, » explique Folk. « Malgré la formation d’un cristal ordonné, les électrons continuent de conduire l’électricité le long des frontières—ce qui n’a jamais été observé dans les cristaux de Wigner classiques. »

Une nouvelle frontière en informatique quantique

Ce comportement étrange des électrons entraîne également des phénomènes comme l’effet Hall quantique, où la résistance devient quantifiée. Ces états quantiques topologiques sont une mine d’or pour les physiciens cherchant des qubits plus stables, éléments clés des ordinateurs quantiques.

Tordre le graphène pourrait n’être qu’un début. Manipuler la géométrie à l’échelle atomique pourrait révéler des comportements électroniques encore plus étranges, ouvrant la voie à de nouvelles avancées en technologie quantique.

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Lire l’article original :  Science Alert

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