Le cristal La3Ni2O7 ressemble à un gâteau en couches, où la garniture d'atomes de nickel et d'oxygène alterne avec des couches de lanthane. À pression ambiante, il ne conduit pas le courant sans résistance, mais il suffit de le comprimer ou de le faire croître en film mince pour voir apparaître une supraconductivité à haute température. Pour comprendre ce phénomène, il faut élucider les comportements magnétiques des atomes de nickel dans l'état initial, non comprimé.
Les physiciens ont dirigé un faisceau de neutrons — des particules sensibles aux champs magnétiques — sur un monocristal. Les neutrons ont rebondi sur l'échantillon et ont révélé comment oscillent les spins (les minuscules aiguilles magnétiques) des électrons. Il s'avère que les oscillations n'apparaissent qu'à partir d'une énergie d'environ 5 meV — c'est comme un seuil en dessous duquel l'agitation magnétique s'immobilise. Au sein d'une couche, les ondes se propagent différemment : le long d'une direction, elles sont rigides, tandis que transversalement, elles s'adoucissent nettement, comme si la tension d'un ressort variait selon l'angle.
La découverte la plus surprenante concerne les couches. Les oscillations des spins ont montré une périodicité nette avec un pas de deux couches — preuve directe que les moments magnétiques des plans de nickel voisins sont couplés antiferromagnétiquement, c'est-à-dire orientés en sens opposés. C'est comme deux rangées de danseurs qui évoluent en opposition de phase. La modélisation a confirmé : il faut un fort couplage intercouche ainsi que des interactions concurrentes au sein de la couche pour reproduire le tableau observé.
Lorsque les chercheurs ont converti le signal en unités absolues, un détail intrigant est apparu. L'amplitude des ondes de spin dans le nickelate ne représente qu'un quart de celle observée dans les cuprates — l'autre classe de supraconducteurs à haute température à base de cuivre. Mais la susceptibilité magnétique locale aux mêmes énergies s'est révélée nettement plus élevée. Le moment magnétique oscillant total est comparable à celui des cuprates. Cela signifie que les nickelates recèlent de fortes corrélations électroniques, qui engendrent d'intenses fluctuations magnétiques à moyenne énergie — et ce sont probablement elles qui jouent un rôle clé dans la future supraconductivité.
L'énergie de 5 meV est environ cent milliards de fois plus faible que celle nécessaire pour faire bouillir une bouilloire, mais ce sont précisément de telles quantités infimes d'énergie qui gouvernent l'ordre magnétique dans le cristal.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, des créatures extraterrestres utilisent les champs magnétiques pour communiquer — un peu comme les spins du nickelate échangent des signaux à travers les couches.