Il y a quarante ans ce printemps, deux chercheurs du laboratoire de recherche IBM de Zurich ont mélangé du baryum, du lanthane, du cuivre et de l’oxygène et ont mesuré quelque chose qui n’aurait pas dû être possible. J. Georg Bednorz et K. Alex Müller ont découvert que leur céramique commençait à perdre sa résistance électrique à 35 kelvin , soit 50 % de plus que le record précédent, dans une classe de matériaux que personne n’avait envisagée comme candidate à la supraconductivité. Leur découverte leur a valu un prix Nobel en 1987, le plus rapide jamais décerné.
Ce mois-ci, une équipe du MIT et de l’Université de Bâle a publié une découverte qui, à sa manière, ne devrait pas non plus être possible. Dans le graphène pentacouche rhomboédrique , du carbone pur, de cinq couches atomiques d’épaisseur , ils ont découvert une supraconductivité qui non seulement survit à un champ magnétique puissant mais en est renforcée. L’article, dirigé par Long Ju du MIT et Dominik M. Zumbühl de Bâle et publié dans Nature le 29 juin, rapporte trois états supraconducteurs distincts qui résistent à des champs magnétiques dans le plan allant jusqu’à 8,5 tesla , soit des dizaines de fois au-delà de la limite théorique pour un supraconducteur conventionnel.
Les deux articles, séparés par 40 ans, encadrent un domaine uni par un seul thème : la nature continue de trouver de nouvelles façons de faire circuler les électrons sans résistance, et continue de refuser d’expliquer pleinement comment.
L’anniversaire
Le 40e anniversaire a été marqué par une rétrospective dans Nature par Inna Vishik et Warren Pickett de l’Université de Californie à Davis. Leur chronologie retrace les étapes clés : le cuprate à 35 K de Bednorz et Müller en 1986 ; le YBa₂Cu₃O₇ à 93 K en 1987, premier supraconducteur fonctionnant au-dessus du point d’ébullition de l’azote liquide ; le HgBa₂Ca₂Cu₃O₈ à 135 K en 1993, toujours détenteur du record à pression ambiante ; les supraconducteurs à base de fer en 2008 ; les hydrures à 250 K sous pression extrême en 2019.
Le problème le plus profond reste non résolu après quatre décennies. Le mécanisme microscopique de la supraconductivité à haute température dans les cuprates n’est toujours pas connu. Les principaux candidats , les fluctuations de spin, les ondes de densité de charge, la théorie de la liaison de valence résonnante d’Anderson , expliquent chacun une partie du puzzle mais aucun ne rend compte de tout. L’état normal des cuprates est un « métal étrange » dont les propriétés électriques suivent des règles que la théorie conventionnelle des liquides de Fermi ne peut décrire.
La nouvelle plateforme
Le graphène rhomboédrique offre une manière entièrement différente d’aborder ces questions. Contrairement aux cuprates , des oxydes chimiquement complexes, multi-éléments, dont le désordre intrinsèque et la diffusion d’alliage obscurcissent la physique fondamentale , le graphène pentacouche est du carbone cristallin : atomiquement parfait, à limite propre et accordable.
L’équipe MIT-Bâle a identifié trois états supraconducteurs distincts, nommés SC2, SC3 et SC4. SC2 est renforcé par un champ magnétique dans le plan , contre-intuitif, car les champs magnétiques brisent normalement les paires de Cooper par l’effet Zeeman. SC3 est boosté par un petit champ hors du plan. SC4 est induit par le champ lui-même : la supraconductivité n’apparaît que lorsqu’un champ magnétique est appliqué.
Le mécanisme réside dans la brisure de symétrie par renversement du temps. Dans les supraconducteurs BCS conventionnels, le champ magnétique exerce une énergie Zeeman qui entre en compétition avec la gap supraconductrice ; lorsque l’énergie Zeeman dépasse la gap, les paires se brisent. La limite paramagnétique de Pauli pour ces états du graphène, compte tenu de leurs températures critiques d’environ 110 à 300 millikelvin, serait d’environ 0,2 à 0,56 tesla. La survie observée à 8,5 tesla , soit 40 à 85 fois la limite théorique , indique un appariement de type triplet de spin ou médié par orbital, fondamentalement immunisé contre la destruction par effet Zeeman.
L’état normal dans ces dispositifs de graphène est une phase de demi-métal dans laquelle les degrés de liberté de spin et de vallée sont polarisés. Le champ magnétique les aligne d’une manière qui favorise, plutôt que de supprimer, l’appariement supraconducteur.
Deux frontières
La rétrospective de l’anniversaire des cuprates se termine par une reconnaissance : la supraconductivité à température ambiante sous pression ambiante reste insaisissable. L’article sur le graphène se termine par un horizon différent : les quasi-particules non abéliennes pour le calcul quantique topologique tolérant aux fautes. Les deux objectifs ne sont pas en compétition , ils reflètent l’évolution du domaine, passant d’une quête unique de températures critiques plus élevées à une exploration plus large de ce que permet la supraconductivité non conventionnelle.
L’équipe MIT-Bâle a réalisé une autre avancée dans cet article : en incorporant le couplage spin-orbite par proximité avec des couches de dichalcogénures de métaux de transition, ils ont généré de multiples nouveaux états supraconducteurs sans introduire de désordre , une exigence essentielle pour que les états topologiques coexistent avec la supraconductivité sans être détruits par les impuretés.
La quête de 40 ans a prouvé une chose définitivement : la supraconductivité n’a pas cessé de nous surprendre. La prochaine décennie pourrait enfin répondre à la question que Bednorz et Müller ont ouverte en 1986, ou pourrait en ouvrir une nouvelle que personne ne pose encore.
Sources :
Seo J, Cotten AA, Ye S, et al. Family of magnetic field-boosted superconductors in rhombohedral graphene. Nature. Publié en ligne le 29 juin 2026. doi:10.1038/s41586-026-10815-x
Vishik I, Pickett W. Forty years of high-temperature superconductivity. Nature. 2026;654:873-874. doi:10.1038/d41586-026-01801-4