La rivière se divise en deux bras. L'un est large et rapide, l'eau y coule en douceur, mais avec l'augmentation de la température, le courant ralentit : des tourbillons et des vagues apparaissent. Le second bras est étroit, avec des rapides, où l'eau saute de pierre en pierre. Ce flux, au contraire, devient plus vif avec la chaleur. C'est à peu près ainsi que, selon une nouvelle étude, se comporte le courant électrique dans la mystérieuse famille de métaux qu'on appelle les actinides.
Les actinides comprennent l'uranium et le plutonium, ainsi que leurs voisins moins célèbres du tableau périodique – le thorium, le neptunium, le curium. Leur résistance électrique a longtemps résisté à une explication unifiée : les courbes pour différents éléments semblaient avoir été tracées pour des substances complètement différentes. L'auteur de l'étude propose un modèle simple avec deux canaux de conduction parallèles. Le premier canal est classique : les électrons se dispersent et sont freinés en heurtant les vibrations thermiques des atomes (ce mécanisme est décrit par l'équation de Bloch-Grüneisen). Avec la hausse de la température, les atomes vibrent plus fort, et ce canal fonctionne moins bien.
Le second canal est un canal à sauts : les électrons sautent d'atome en atome, comme un témoin dans une course de relais. Ce processus nécessite une énergie d'activation et obéit à l'équation d'Arrhenius : plus le métal est chaud, plus les électrons sont enclins à se mettre en route. Pour le neptunium, l'énergie de ce saut s'est avérée record parmi tous les actinides – environ 16 milliélectronvolts (c'est une quantité minuscule, environ cent fois plus petite que l'énergie de la lumière visible).
Les températures de Debye obtenues à partir de ce modèle coïncident bien avec celles mesurées auparavant par la capacité thermique. Cela confirme que le modèle n'est pas un artifice, mais le reflet d'une physique réelle. Les deux lits du courant ne sont pas qu'une métaphore, mais un moyen pratique de décrire ce qui se passe réellement dans ces métaux inhabituels.
L'actinide le plus connu, l'uranium, change de résistance à température ambiante de près d'un facteur deux entre ses différentes modifications cristallines, bien que chimiquement ce soit le même élément.
Dans le roman d'Isaac Asimov « Les Dieux eux-mêmes », des physiciens se débattent avec le mystère du « plutonium-186 » qui défie toutes les lois. Les vraies énigmes du plutonium ont aussi obligé les scientifiques à revoir des modèles simples – et à trouver une solution élégante.