Une spirale d'aimant et de supraconducteur express
À l'intérieur du cristal EuRbFe4As4, les couches de fer et d'arsenic alternent avec des intercalaires d'europium et de rubidium. Lorsqu'on refroidit en dessous de 15 kelvins (–258 °C), les atomes d'europium alignent leurs moments magnétiques en une spirale — chaque couche successive est tournée de 90 degrés, comme les marches d'un escalier en colimaçon. C'est précisément dans cet état que naît cette étrange ondulation supraconductrice : les paires d'électrons, qui d'habitude transportent le courant sans résistance dans toutes les directions de manière identique, se regroupent ici en bandes le long d'une seule direction.
La clé du mystère réside dans les couches de fer. Elles sont asymétriques : l'atome de fer n'a pas de centre d'inversion, et les électrons subissent l'interaction spin-orbite de Rashba. C'est comme un coureur qui ressent un vent latéral — sa trajectoire se courbe légèrement selon la direction de son spin. La spirale magnétique de l'europium agit comme un champ tournant, et avec l'effet Rashba, elle crée pour les paires de Cooper (électrons liés) un champ de jauge effectif. Ce champ agit sélectivement : il n'affecte que les électrons ayant une certaine symétrie orbitale — ceux qui ressemblent à des haltères orientés le long des axes x et y.
Ce décalage d'impulsion donne la modulation spatiale — le paramètre d'ordre supraconducteur oscille dans l'espace avec une période d'environ 8 nanomètres, ce qui correspond à l'expérience. De plus, la théorie prédit que des courants en boucle spontanés doivent circuler entre les couches — de minuscules vortex que l'on peut détecter par relaxation muonique ou par microscopie SQUID à balayage. Si on les trouve, ce sera une confirmation directe du mécanisme.
La température d'ordre magnétique de l'europium dans ce composé est de seulement 15 kelvins. C'est plus froid que la température moyenne sur Pluton, qui est d'environ 44 K.