Dans une pièce sombre, un laser infrarouge émet une impulsion, et un fragment de poudre noire de K3C60 devient, pendant une fraction de seconde, un conducteur sans résistance. La lumière frappe à une fréquence de 10 térahertz — mille fois plus rapide que le fonctionnement d'un four à micro-ondes. L'effet est cent fois plus intense qu'à d'autres fréquences. Pourquoi cette fréquence précise ? Les chercheurs ont construit un modèle informatique et trouvé la réponse.
Dans ce matériau, les électrons se déplacent généralement seuls, mais lors de la supraconductivité, ils s'associent en paires, comme des danseurs qui se tiennent par la main. La lumière à 10 térahertz agit comme une musique qui pousse les solitaires à trouver un partenaire. Le premier photon éjecte un électron du rang, le second photon l'aide à former une paire avec un autre électron. Ce chemin en deux étapes est autorisé par la symétrie du cristal et fonctionne bien plus efficacement qu'une absorption lumineuse unique.
Le modèle a montré que la fréquence de résonance dépend de la taille du réseau cristallin. Plus l'échantillon est grand, plus la fréquence d'amplification est basse. Pour un petit agrégat de 14 atomes, le calcul donne 30 térahertz, et pour un cristal réel, environ 10 térahertz. Cela correspond à l'expérience. Les scientifiques ont testé différentes forces d'interaction entre électrons et constaté que l'effet est maximal pour un couplage modéré — ni trop faible, ni trop fort.
Ce résultat est important non seulement pour K3C60. Il montre que la lumière peut directement piloter l'appariement des électrons dans toute une classe de matériaux. Ces matériaux sont dits de type Hubbard et se rencontrent dans de nombreux supraconducteurs. À l'avenir, on pourrait voir des dispositifs où la supraconductivité est activée par une brève impulsion laser.
La fréquence de 10 térahertz se situe dans l'infrarouge lointain. Ce rayonnement est absorbé par la vapeur d'eau de l'air ; c'est pourquoi les expériences sont menées sous vide ou sous atmosphère d'azote sec.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Lumière des jours lointains », la lumière sert à observer le passé, mais ici elle bascule littéralement l'état quantique de la matière.