Des physiciens de l’université Cornell rapportent que le ditellurure d’uranium (UTe2) peut présenter simultanément deux types distincts de supraconductivité. Publiée le 30 octobre dans Nature Physics, l’étude fait de l’UTe2, le principal candidat au titre de supraconducteur topologique, une classe de matériaux susceptible de faire progresser l’informatique quantique, sans que la nature topologique de l’UTe2 ait été démontrée.
L’équipe a étudié le diagramme de phase pression-température de l’UTe2, où une forme de supraconductivité n’apparaît qu’à des températures extrêmement basses, tandis que l’autre ne se manifeste que sous de très forts champs magnétiques ou sous pression.
Un point tétracritique mis au jour
Les cartographies antérieures du diagramme de phase pression-température de l’UTe2 semblaient montrer deux frontières de phase du second ordre se croisant en un point triple. Selon les auteurs, cette configuration est « thermodynamiquement interdite », ce qui laissait penser soit à une transition de phase cachée, soit à une incompréhension fondamentale du matériau.
Grâce à l’échographie ultrasonore par impulsion-écho, l’équipe a mis au jour une frontière de phase supplémentaire, marquée par un saut vers le haut de la vitesse du son. Ce résultat établit l’existence d’un point tétracritique au-delà duquel l’état supraconducteur à pression ambiante et l’état supraconducteur induit par la pression se combinent en un seul état multicomposante.
Un comportement inhabituel au refroidissement
Les expériences ont aussi mis en évidence un phénomène inhabituel. Quand la température baissait, l’une des composantes supraconductrices disparaissait, chassée par l’état concurrent, ce qui inverse le schéma habituel. Les auteurs attribuent ce comportement à la forte compétition entre les deux paramètres d’ordre, qui produit également un verrouillage de phase supprimant les fluctuations supraconductrices. Selon Ramshaw, cet effet était théoriquement possible, mais n’avait encore jamais été démontré expérimentalement.
Dans l’UTe2, une forme de supraconductivité apparaît uniquement à des températures extrêmement basses. L’autre n’apparaît que sous de très forts champs magnétiques ou sous pression. « Dans cette région d’intersection, les deux phénomènes se produisent en même temps », explique Kamat.
Des mesures sous forte contrainte
Les mesures ont été réalisées entre 1 et 2 kelvins, sous une force d’environ 18 000 livres, soit près de 8 tonnes, concentrée sur cinq millimètres. Kamat a comparé cela à « neuf voitures en équilibre sur votre petit doigt ».
L’étude, dont Brad Ramshaw est l’auteur correspondant et le doctorant Sahas Kamat le premier auteur, a été publiée dans Nature Physics le 30 octobre. Elle s’appuie sur les précédents travaux du groupe de Ramshaw sur ce matériau, notamment un article de 2024 paru dans Nature Physics, qui faisait état d’une supraconductivité à composante unique dans l’UTe2 à pression ambiante. Les collaborateurs venaient de l’Université du Maryland, de l’Institut de technologie de Karlsruhe et de l’Institut canadien de recherches avancées. Le financement provenait notamment du Département de l’Énergie des États-Unis, de la Fondation Gordon et Betty Moore et de la Fondation Simons.
Applications quantiques : prudence
Ce résultat fait du matériau le principal candidat au titre de supraconducteur topologique, une classe de matériaux recherchée de longue date et susceptible de faire progresser l’informatique quantique. Les chercheurs précisent toutefois qu’ils n’ont pas démontré que le matériau est réellement topologique.
Brad Ramshaw, professeur associé de physique et directeur du Laboratory of Atomic and Solid State Physics de Cornell, a déclaré dans le communiqué de l’université : « Personne n’a encore démontré de façon convaincante l’existence d’un supraconducteur topologique, mais nous savons désormais que le ditellurure d’uranium réunit au moins les ingrédients nécessaires pour y parvenir ».
Selon Ramshaw, une application à l’informatique quantique est envisageable, mais plusieurs étapes restent à franchir.
Article : « Thermodynamic demonstration of tetracriticality and multicomponent superconductivity in UTe2 » – DOI : 10.1038/s41567-026-03504-z
