Dans les fines couches d'un cristal de séléniure de tantale (TaSe₂) se cache une propriété qui défie la physique conventionnelle. Lorsque des atomes invités ont été ajoutés entre les couches de ce matériau, la structure a perdu son centre de symétrie — et une supraconductivité blindée est apparue à l'intérieur. Habituellement, un champ magnétique intense détruit l'état supraconducteur en brisant les paires d'électrons. Ici, le champ critique dirigé le long des couches s'est avéré anormalement grand : il a dépassé la soi-disant limite de Pauli (le maximum théorique pour un supraconducteur ordinaire).
Le secret réside dans la polarisation de spin. Les calculs de structure électronique ont montré que les spins des électrons sont rigidement liés à la direction de leur mouvement et orientés perpendiculairement aux couches. C'est comme un interprète qui se laisse distraire par chaque bruissement dans la salle — et une réunion d'une heure se transforme en deux heures. De même ici : l'interaction spin-orbite fige les spins, empêchant le champ magnétique de les retourner. En conséquence, les paires survivent là où elles auraient dû se dissocier.
Des expériences avec différentes épaisseurs de matériau et la mesure de l'effet diode supraconducteur (où le courant passe plus facilement dans un sens que dans l'autre) ont confirmé : nous avons affaire à ce qu'on appelle la supraconductivité d'Ising. Et pas dans une monocouche, mais dans un échantillon massif — c'est rare. Avec la diminution de l'épaisseur, le rapport du champ critique à la limite de Pauli changeait, révélant des détails sur la façon dont la protection évolue avec le nombre de couches.
Ainsi, un cristal en couches se transforme en plateforme pour l'étude d'états quantiques exotiques. Et la résistance aux champs magnétiques est un pas vers l'électronique supraconductrice, où la direction du courant peut être contrôlée sans pertes.
La limite de Pauli, qui est franchie dans ce travail, est souvent comparée à la vitesse maximale de rotation d'un manège : si on le fait tourner trop vite, les sièges se détachent. Ici, les sièges semblent collés.