Les scientifiques ont longtemps cherché à démêler les mystères des métaux étranges – des matéries qui défient les règles conventionnelles de l’électricité et du magnétisme. Maintenant, une équipe de physiciens de l’Université Rice a fait une percée dans ce domaine en utilisant un outil de Quantum Information Science. Leur étude, publiée récemment dans Communications de la naturerévèle que les électrons dans des métaux étranges deviennent plus enchevêtrés à un point de basculement crucial, jetant un nouvel éclairage sur le comportement de ces matériaux énigmatiques. La découverte pourrait ouvrir la voie aux progrès des supraconducteurs qui ont le potentiel de transformer la consommation d’énergie à l’avenir.
Contrairement aux métaux conventionnels tels que le cuivre ou l’or qui ont des propriétés électriques bien comprises, les métaux étranges se comportent de manière beaucoup plus complexe, ce qui rend leur fonctionnement intérieur au-delà du domaine de la description des manuels. Dirigée par Qimiao SI, le professeur de physique et d’astronomie de Harry C. et Olga K. Leurs recherches montrent que l’enchevêtrement électronique, un phénomène quantique fondamental, culmine à un point critique quantique: la transition entre deux états de matière.
« Nos résultats révèlent que des métaux étranges présentent un modèle d’intrication unique, qui offre un nouvel objectif pour comprendre leur comportement exotique », a déclaré SI. « En tirant parti de la théorie de l’information quantique, nous découvrons des corrélations quantiques profondes qui étaient auparavant inaccessibles. »
Une nouvelle façon d’étudier des métaux étranges
Dans la plupart des métaux, les électrons se déplacent de manière ordonnée, suivant des lois bien établies de la physique. Des métaux étranges, cependant, enfreignent ces règles, montrant une résistance inhabituelle à l’électricité et se comportant de manière inhabituelle à des températures très basses. Pour explorer ce puzzle, les chercheurs se sont concentrés sur un modèle théorique appelé le réseau Kondo, qui décrit comment les moments magnétiques interagissent avec les électrons environnants.
À un point de transition critique, ces interactions deviennent si intenses que les éléments constitutifs fondamentaux du comportement électrique, appelés quasiparticules, disparaissent. En utilisant QFI, les chercheurs ont suivi l’origine de cette perte de quasiparticule dans la façon dont les spins d’électrons s’emmêlent, constatant que l’intrication atteint son pic précisément à ce point critique quantique.
Cette nouvelle approche applique le QFI, principalement utilisé dans les informations quantiques et les mesures de précision, à l’étude des métaux.
« En intégrant la science de l’information quantique à la physique des matières condensées, nous pivons dans une nouvelle direction dans la recherche sur les matériaux », a déclaré SI.
Chemin possible vers une énergie plus efficace
Les calculs théoriques des chercheurs correspondaient de manière inattendue aux données expérimentales du monde réel, s’alignant spécifiquement sur les résultats de la diffusion inélastique des neutrons, une technique utilisée pour sonder les matériaux au niveau atomique. Cette connexion renforce l’idée que l’intrication quantique joue un rôle fondamental dans le comportement des métaux étranges.
Comprendre les métaux étranges est plus qu’un simple défi académique; Il pourrait avoir des avantages technologiques importants. Ces matériaux partagent une connexion étroite avec les supraconducteurs à haute température, qui ont le potentiel de transmettre l’électricité sans perte d’énergie. Le déverrouillage de leurs propriétés pourrait révolutionner les réseaux électriques, ce qui rend la transmission d’énergie plus efficace.
L’étude montre également comment les outils d’information quantique peuvent être appliqués à d’autres matériaux exotiques. Des métaux étranges pourraient jouer un rôle dans les futures technologies quantiques, où l’enchevêtrement amélioré est une ressource précieuse. La recherche fournit un nouveau cadre pour caractériser ces matériaux complexes en montrant lorsque l’intrication des pics.
L’équipe de recherche comprenait Rice’s Yuan Fang, Yiming Wang, Mounica Mahankali et Lei Chen avec Haoyu Hu du Donostia International Physics Center et Silke Paschen de l’Université de technologie de Vienne.
Plus d’informations:
Yuan Fang et al, enchevêtrement multipartite amplifié témoin dans un métal critique quantique, Communications de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41467-025-57778-7