Un cristal, c'est comme une ville : si les rues sont tortueuses, la circulation s'embourbe. Dans un cristal, les rangées d'atomes jouent le rôle des rues, et la circulation, c'est le flux d'électrons. La moindre irrégularité, impureté ou déplacement d'atome fait dévier les électrons. Des scientifiques de plusieurs laboratoires ont appris à cultiver des cristaux si bien que les « rues » sont devenues presque parfaitement droites.
La méthode s'appelle le transport horizontal de matière. La matière est transportée lentement le long de la surface, et les atomes ont le temps de se placer correctement. Auparavant, on avait déjà cultivé certains cristaux de cette façon, mais pour le WTe2 — un composé de tungstène et de tellure — la méthode a été perfectionnée. Résultat : le désordre a été réduit d'un facteur dix. C'est comme si, sur mille briques, une seule était posée de travers.
Qu'est-ce que cela donne ? Premièrement, lors du refroidissement à quelques kelvins (moins 270 degrés Celsius), la résistance du cristal varie sous l'effet d'un champ magnétique plus fortement que celle de tout autre métal. Deuxièmement, si l'on détache de ce cristal une couche d'un atome d'épaisseur, on a pu y observer pour la première fois des oscillations quantiques — des variations périodiques de la résistance qui révèlent la structure interne des états électroniques. Enfin, en appliquant un champ électrique, cette couche monoatomique a pu être amenée à l'état supraconducteur à une température de près de 1,8 K. Pour un tel matériau, c'est un record.
Pourquoi est-ce important ? Plus le cristal est pur, plus on peut contrôler précisément ses propriétés. Le WTe2 est un semimétal topologique : il possède des états électroniques particuliers, protégés contre la diffusion. Ces matériaux sont envisagés pour l'électronique du futur, où l'information est codée non par la charge, mais par l'état quantique. Les cristaux purs sont comme des routes neuves et planes pour ces technologies.
La méthode de transport horizontal est applicable à d'autres composés. Si elle fonctionne aussi bien qu'avec le WTe2, on obtiendra des cristaux ultra-purs pour de nombreuses applications, des ordinateurs quantiques aux capteurs de champ magnétique. Et tout a commencé quand quelqu'un a décidé : laissons les atomes se déposer lentement et soigneusement, comme des briques entre les mains d'un maçon, plutôt que n'importe comment.
La magnétorésistance, c'est la variation de la résistance sous l'effet d'un champ magnétique. Dans le WTe2 pur, elle est si élevée que le matériau peut servir de capteur de champ magnétique ultra-sensible : une infime variation du champ modifie nettement le courant.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « La Cité et les Étoiles », les supraconducteurs stockent l'énergie pour toujours. Les cristaux purs de WTe2 sont un pas vers des matériaux où le courant circule sans pertes, même si ce n'est encore qu'à très basse température.