Comment faire passer l'or et le cuivre sans résistance express
Les électrons dans un conducteur ressemblent à une foule désordonnée : en se heurtant, ils perdent de l'énergie, et une résistance apparaît. Dans un supraconducteur, en revanche, ils se déplacent de manière coordonnée, comme des couples dans une danse bien réglée, sans se gêner. Cet état a une entropie réduite — c'est-à-dire un désordre moindre.
Ce comportement est rare pour l'or et le cuivre. Mais dans des couches de seulement deux ou trois atomes d'épaisseur pour le cuivre, ou cinq pour l'or, les électrons se synchronisent avec les vibrations des atomes, et la résistance disparaît. Le problème, c'est que cela nécessite un refroidissement en dessous de 1 K à l'aide d'hélium liquide.
La percée vient d'un isolant en nitrure de bore déposé sur un film de cuivre. Si les couches sont reliées par les atomes de bore, la température de supraconductivité est de 3,23 K. Mais une rotation du cristal, où la liaison passe par l'azote, la fait monter à 7 K. La raison en est la modification de la « surface de Fermi » — la frontière des états électroniques occupés. Elle entre en résonance avec le réseau atomique, renforçant fortement l'interaction souhaitée. John Bardeen a prédit le mécanisme d'appariement des électrons dès 1957, et la spectroscopie permet aujourd'hui d'observer directement ces effets.
Les atomes d'or sont si massifs que leurs vibrations ne peuvent généralement pas s'adapter aux électrons. Mais dans un film de cinq atomes d'épaisseur — comme une feuille d'aluminium ultra-fine — ils deviennent malléables et entrent dans le rythme commun.
Stanislas Lem, dans « Solaris », décrivait des métamatériaux dont les propriétés dépendaient de l'épaisseur — comme ces couches supraconductrices.