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Les électrons dans un conducteur se comportent généralement comme un gaz : ils se déplacent de manière chaotique, entrent en collision, ne tiennent pas en rang. Mais si on les écarte les uns des autres et qu'on les refroidit fortement, leur répulsion mutuelle peut les amener à se placer — comme des spectateurs dans une salle comble qui s'assoient en laissant un siège vide entre eux. Une telle disposition est appelée cristal électronique, ou cristal de Wigner. Dans cette nouvelle étude, des physiciens ont pour la première fois observé comment cet ordre se désagrège lorsque la chaleur augmente ou que le champ magnétique faiblit.

L'expérience a utilisé un film de VCl3 d'un seul atome d'épaisseur sur du graphite. Sous un champ magnétique intense, deux cristaux électroniques se sont formés, avec des pas de réseau différents et des résistances différentes à la chaleur. Le premier, avec une température et une densité record pour un tel état, se transformait d'abord, lorsque le champ diminuait, en une phase intermédiaire — les électrons gardaient encore leurs rangées, mais celles-ci s'allongeaient dans une direction, comme une foule qui commence à se diriger vers la sortie sans se mélanger. Le second cristal, moins résistant, fondait différemment : un liquide électronique anormal apparaissait, dans lequel les ondes de densité conservaient une période constante, indépendamment de l'énergie.

Les calculs ab initio ont confirmé : les deux cristaux apparaissent parce que les électrons, transférés du film au graphite, occupent différentes bandes d'énergie. Ainsi, dans un même échantillon, on a pu observer deux scénarios de destruction de l'ordre — par une phase intermédiaire allongée et par un liquide étrange à période fixe. Cela fournit une carte des états où l'ordre et le chaos se succèdent sous l'effet des fluctuations quantiques et thermiques.