Une équipe de physiciens de l’Institut de science et technologie d’Autriche (ISTA) a identifié le mécanisme probable expliquant le comportement étrange du ditellurure d’uranium (UTe₂), un matériau qui perd puis retrouve sa supraconductivité sous l’effet de champs magnétiques toujours plus intenses. Leurs travaux, publiés dans Nature Communications, ouvrent de nouvelles perspectives sur un type de supraconductivité encore mal compris.
Depuis sa découverte en 2019, le ditellurure d’uranium défie l’entendement des spécialistes de la matière condensée. Le composé, noté UTe₂, devient supraconducteur à des températures proches du zéro absolu, perd brutalement la propriété aux alentours de 10 teslas, puis la retrouve de manière tout aussi inattendue entre 40 et 70 teslas. Un phénomène baptisé « supraconductivité rentrante » qui évoque une résurrection, à la manière d’un Lazare de laboratoire.
Un matériau aux propriétés déconcertantes
Dans une étude publiée le 29 avril dans Nature Communications, Valeska Zambra, doctorante à l’ISTA, et Kimberly Modic, professeure assistante, apportent un éclairage déterminant sur le mécanisme en jeu. Leurs résultats indiquent que d’immenses fluctuations magnétiques, localisées au voisinage du seuil de supraconductivité rentrante, joueraient le rôle de « colle » liant les électrons en paires supraconductrices, condition sine qua non de tout état supraconducteur.
« Il semble que chaque mesure effectuée sur l’UTe₂ révèle un nouveau mystère. Nos travaux apportent désormais des preuves quant au mécanisme à l’origine de certains de ces mystères« , a déclaré Kimberly Modic.
Un cantilever oscillant sous 60 teslas
La percée repose sur une technique de mesure inédite, conçue par Valeska Zambra. Dans des installations à champ magnétique pulsé, l’équipe soumet des échantillons minuscules (plus petits qu’un grain de sable) à des impulsions atteignant 60 teslas en un dixième de seconde. Chaque cristal est placé sur un cantilever, un microlevier que l’on fait osciller dans le champ magnétique. Du point de vue du cristal, la direction du champ devient ainsi oscillante.
« Cela nous permet de mesurer une propriété importante appelée susceptibilité magnétique transverse, à laquelle personne n’avait encore eu accès dans ces conditions« , a expliqué Zambra.
L’approche a mis en évidence une vaste région où la susceptibilité magnétique transverse est amplifiée autour des trois phases supraconductrices connues de l’UTe₂. Le signal le plus intense apparaît près du point critique terminal de la transition métamagnétique à champ élevé. Pour les chercheurs, cela suggère que les fluctuations critiques quantiques d’un ordre magnétique induit par le champ assurent l’appariement des électrons à des champs extrêmes, un scénario longtemps soupçonné mais jamais confirmé par l’expérience.
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Un intérêt mondial pour la méthode
La technique élaborée par Zambra a suscité l’intérêt de plusieurs laboratoires spécialisés dans les champs magnétiques intenses, qui collaborent désormais avec l’ISTA pour déployer la méthode sur leurs propres équipements. L’approche par cantilever se révèle particulièrement adaptée aux cristaux minuscules et exempts de défauts, indispensables à l’étude de l’UTe₂, et fonctionne dans des gammes de champs où les instruments conventionnels atteignent leurs limites.
« Nous sommes peut-être en train d’observer un type de supraconductivité entièrement nouveau pour lequel nous n’avons pas encore imaginé d’applications« , a reconnu Modic. Avant d’ajouter : « Mais c’est un mystère, et les mystères méritent qu’on les élucide.«
Les résultats obtenus à Klosterneuburg, près de Vienne, pourraient ainsi éclairer une classe entière de supraconducteurs non conventionnels, ces matériaux dont le comportement échappe aux théories classiques forgées au milieu du XXᵉ siècle. Reste à déterminer si le mécanisme identifié pour l’UTe₂ se retrouve dans d’autres composés aux propriétés similaires. La réponse exigera sans doute de nouvelles campagnes de mesures, toujours plus proches des limites instrumentales actuelles.
Article : « Giant transverse magnetic fluctuations at the edge of re-entrant superconductivity in UTe2 » – DOI : 10.1038/s41467-026-71899-7
Source : ISTA
