La découverte est presque passée inaperçue. Dans les années 1980, des chercheurs étudiant les supraconducteurs à haute température dans des céramiques d’oxyde de cuivre ont remarqué quelque chose d’étrange. Lorsque les matériaux étaient trop chauds pour supraconduire, ils ne se comportaient pas non plus comme des métaux normaux. Leur résistance électrique augmentait en ligne parfaitement droite avec la température, sans courbure, sans plateau, sans déviation. Quarante ans plus tard, les physiciens tentent encore de l’expliquer.
« Le conducteur de l’enfer », l’appelait le regretté théoricien Joseph Polchinski.
Les métaux normaux suivent un schéma prévisible : à mesure que la température baisse, la résistance diminue en T², suivant les mathématiques des électrons se comportant comme des entités bien définies, semblables à des boules de billard, appelées quasiparticules. Ce modèle, développé par Lev Landau dans les années 1950, constitue le fondement de l’électronique moderne. « Toute l’industrie électronique, y compris l’iPhone dans votre poche, repose sur le succès de cette théorie », explique Subir Sachdev, théoricien à Harvard.
Les métaux étranges brisent cette fondation. Leur résistance est proportionnelle à la température elle-même (R ∝ T), une linéarité si marquée et si persistante qu’elle défie toute explication depuis quatre décennies de travaux expérimentaux et théoriques.
L’indice du bruit de grenaille
La percée est venue d’une mesure étonnamment simple. En 2023, le groupe de Doug Natelson à l’Université Rice a fabriqué des nanofils d’un métal étrange à fermions lourds appelé YbRh₂Si₂ et a mesuré ses fluctuations de charge quantiques, le faible crépitement électrique connu sous le nom de bruit de grenaille. Lorsque des charges individuelles circulent une par une dans un fil métallique conventionnel, le bruit suit un schéma prévisible avec un facteur de Fano (rapport bruit-courant) de 1/3. Dans YbRh₂Si₂, le facteur de Fano était supprimé bien en dessous de cette valeur.
« C’est peut-être la preuve que les quasiparticules ne sont pas des choses bien définies ou qu’elles ne sont tout simplement pas là, et que la charge se déplace de manières plus complexes », a déclaré Natelson au New Scientist. « Nous devons trouver le bon vocabulaire pour parler de la manière dont la charge peut se déplacer collectivement. »
Les travaux théoriques de Wang, Setty, Sur, Chen, Paschen, Natelson et Qimiao Si (Phys. Rev. Research 6, L042045, 2024) ont montré que même un liquide de Fermi fortement corrélé devrait produire un facteur de Fano de √3/4, environ 0,433. La suppression observée était significativement plus faible, nécessitant une perte réelle de l’identité des quasiparticules.
Le tableau de la soupe quantique
Si l’électricité dans les métaux étranges n’est pas transportée par des entités individuelles de type particulaire, qu’est-ce donc ? Le tableau qui émerge est celui d’une soupe quantique, un écoulement liquide de charge sans parties constituantes bien définies. Les cristaux de YbRh₂Si₂ pour les expériences de bruit de grenaille, fournis par Silke Paschen à l’Université de Vienne, ont changé son propre modèle mental. « C’est en fait quelque chose de très contrôlé. C’est l’endroit silencieux », a-t-elle déclaré à propos de l’état de métal étrange.
Des preuves complémentaires proviennent de multiples directions. En 2026, l’équipe de Stephen Hayden à l’Université de Bristol a utilisé des faisceaux de neutrons au Laboratoire Rutherford Appleton pour mesurer les fluctuations de spin électronique dans un métal étrange, constatant que les fluctuations de spin s’accélèrent et ralentissent en synchronisation avec la température, une preuve solide d’une explication basée sur les fluctuations de la résistance linéaire. Les travaux ont été publiés dans Nature Communications avec des coauteurs incluant Subir Sachdev.
Peter Abbamonte à l’Université de l’Illinois, qui a étudié la densité de charge dans les métaux étranges avec un canon à électrons, décrit le comportement comme bizarre : « Il n’y a aucune mesure que vous puissiez faire avec le système qui vous dise combien d’électrons s’y trouvent. Ils se comportent vraiment d’une manière très bizarre. »
La connexion SYK
Du côté théorique, un modèle curieux des années 1990 est devenu central. En 1993, Sachdev et Jinwu Ye ont modélisé un point quantique simplifié où chaque électron se connecte à tous les autres, sans structure spatiale, sans géométrie. Le résultat : la perturbation électrique décroît à un taux proportionnel à la température, malgré l’absence de particules ou d’espace telles que nous les comprenons normalement. Le modèle a d’abord été considéré comme un jouet, jusqu’à ce qu’Alexei Kitaev à Caltech montre en 2015 qu’un modèle presque identique, désormais appelé le modèle Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), relie le comportement des métaux étranges à la physique des trous noirs via le principe holographique.
« C’est comme si on retirait le tapis sous nos pieds », a déclaré Sachdev.
Le modèle SYK fait une prédiction radicale : la résistance augmente linéairement avec la température parce que le courant perd de son élan à un taux qui ne dépend que de la température et de la constante de Planck, des constantes fondamentales, et non de la chimie du matériau. Si cela est vrai, cela signifie que l’électricité dans certains matériaux est régie par une limite de vitesse quantique universelle, et non par les interactions familières de quasiparticules qui expliquent tout, des fils de cuivre aux puces de silicium.
Ce que cela signifie
Des métaux étranges ont maintenant été observés dans au moins cinq classes différentes de matériaux : les cuprates (années 1980), les pnictures de fer (2009, par le groupe de Louis Taillefer), les couches de graphène torsadées (2019, par Andrea Young et Cory Dean), les nickelates (2023, par le groupe de Harold Hwang) et les composés à fermions lourds comme YbRh₂Si₂. Le phénomène semble être universel, indépendant de la chimie spécifique, suggérant qu’il reflète un principe fondamental de la matière quantique plutôt qu’une propriété exotique d’un matériau particulier.
Si le modèle des quasiparticules doit être abandonné pour ces matériaux, les implications s’étendent bien au-delà de la physique de la matière condensée. La connexion du modèle SYK avec la thermodynamique des trous noirs et la gravité quantique suggère que les métaux étranges pourraient sonder la même structure profonde de la réalité quantique que les physiciens étudient avec les accélérateurs de particules et les détecteurs d’ondes gravitationnelles.
« C’était le conducteur de l’enfer », a déclaré Polchinski. Après 40 ans, c’est peut-être le conducteur qui obligera enfin la physique à réécrire les règles de l’électricité.
Traduit par Lydie
Sources
1. New Scientist, « The strange metals forcing us to rethink how electricity really works » (7 juillet 2026). https://www.newscientist.com/article/2531747-the-strange-metals-forcing-us-to-rethink-how-electricity-really-works/
2. Chen, L. et al., « Shot noise in a strange metal », Science 382, 907-911 (2023). DOI: 10.1126/science.abq6100
3. Wang, C. et al., « Shot noise and universal Fano factor », Phys. Rev. Research 6, L042045 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.L042045
4. Radaelli, G. et al., « Critical spin fluctuations across the superconducting dome », Nature Communications 17, 4564 (2026).
5. Sachdev, S. & Ye, J., « Universal quantum fluctuations in a strongly correlated system », Phys. Rev. Lett. 70, 3339 (1993). DOI: 10.1103/PhysRevLett.70.3339