Une poêle étroite et allongée – et la fine crêpe y fige en bandes irrégulières. Pendant des décennies, les scientifiques ont observé un tableau similaire en modélisant le comportement des électrons dans les supraconducteurs – des matériaux qui conduisent le courant sans perte. Ils utilisaient des « cylindres » allongés, et le résultat était toujours le même : de rigides « bandes » magnétiques qui, pensait-on, entravent la supraconductivité.
Les auteurs de la nouvelle étude ont pris une « poêle » large – un réseau carré de 24×24 – et ont vu quelque chose de complètement différent. Le matériau réel ressemble moins à un motif figé qu'à du lait bouillant : les régions magnétiques (sorte de « flaques » aux propriétés particulières) se déplacent constamment, fusionnent et se décomposent. Ce comportement collectif dynamique est la clé de l'énigme. Les bandes statiques se sont révélées être simplement un effet secondaire de la forme, un artefact des bords.
Et ce n'est pas tout. Les scientifiques ont observé que l'ajout de « trous » (retrait d'électrons) et l'ajout d'électrons agissent de manière radicalement différente. Les trous, comme de l'huile chaude, font fondre activement l'ordre magnétique, et la supraconductivité s'épanouit avec une perte d'environ 15 à 20 % des électrons. Les électrons, au contraire, maintiennent des cloisons magnétiques rigides, et les « ruisselets » supraconducteurs ne coulent que dans d'étroites fissures entre elles, atteignant un maximum déjà à 10 % d'excès. Cette asymétrie est une vieille énigme, et elle a désormais une explication simple à l'échelle des atomes.
Au final, sans ajuster aucun paramètre, les chercheurs ont obtenu le fameux « dôme supraconducteur » – le graphique montrant dans quelles conditions la supraconductivité apparaît. Leur courbe s'est parfaitement superposée aux données expérimentales, jusque dans les moindres détails. Cela prouve que la pure mécanique quantique des électrons dans un réseau carré (le modèle de Hubbard) engendre à elle seule la supraconductivité à haute température. Le secret de la recette est de laisser aux « flaques » magnétiques la liberté de danser.
Le « dôme » supraconducteur a la forme d'une arche de pont : il commence à faible concentration de porteurs, atteint un pic, puis redescend. Cette forme universelle, mesurée dans des centaines d'expériences, a été pour la première fois entièrement reproduite par simulation informatique sans le moindre paramètre d'ajustement.
Dans le roman « Spin » de Robert Charles Wilson, des supraconducteurs hypothétiques à température ambiante deviennent la base de technologies capables d'influencer le cours du temps. Comprendre le mécanisme de la supraconductivité rapproche de telles merveilles de la réalité.