Un minuscule sandwich d'oxydes, cultivé couche par couche, devient parfaitement conducteur à environ moins 200 degrés Celsius. Ce n'est pas un tour de magie, mais un nouveau chapitre dans la recherche de supraconducteurs à haute température. Le matériau de formule La₂PrNi₂O₇ sur un substrat d'aluminate de néodyme est un représentant des nickelates de Ruddlesden-Popper, des parents structurels des célèbres cuprates, où la supraconductivité a été découverte il y a près de quarante ans.
Le grand mystère a toujours résidé dans le « pseudo-gap » — cet état étrange où les électrons sentent déjà le futur appariement, mais ne circulent pas encore sans résistance. C'est comme un brouillard sur une rivière : on voit qu'il y a de l'eau, mais on ne distingue ni la profondeur ni le courant. Dans ce nouveau « sandwich » hétérostructure de nickelate, ce brouillard est absent. La spectroscopie de photoémission résolue en angle — une méthode qui arrache les électrons avec de la lumière et enregistre leur énergie et leur direction — a révélé une image claire : lors du refroidissement sous la température critique, une fente supraconductrice (un gap d'énergie qui empêche les électrons de se disperser) apparaît, et à ses bords se développent des pics aigus — un signe de la naissance de paires d'électrons.
La structure électronique s'est révélée multibande : la surface de Fermi (la frontière séparant les états électroniques occupés et libres) est constituée de trois types de poches — alpha, bêta et gamma. Fait intéressant, la poche gamma était présente dans tous les films, qu'ils deviennent supraconducteurs ou non. Le secret ne réside donc pas uniquement en elle, mais dans l'interaction subtile des trois « poches » et, peut-être, dans la façon dont le réseau cristallin est contraint en raison du désaccord de paramètres avec le substrat.
Ainsi, le sandwich stratifié de nickel et d'oxygène a révélé plus de choses que prévu. Il a montré que la supraconductivité à haute température peut exister sans le « brouillard » du pseudo-gap, et a fourni aux chercheurs un signal thermodynamique propre. Désormais, en modifiant la composition et la tension des films, on peut chercher délibérément les conditions dans lesquelles les paires d'électrons courent sans résistance à des températures encore plus élevées.
Le saut de chaleur spécifique lors de la transition supraconductrice, c'est comme si, lorsque l'eau gèle en glace, sa capacité à absorber la chaleur changeait non pas progressivement, mais brusquement, signalant un nouvel ordre. Dans les nickelates, ce saut a été observé pour la première fois directement, sans interférences.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, des formes de vie extraterrestres utilisent la supraconductivité à température ambiante pour faire fonctionner leur conscience — l'étude des nickelates sans pseudo-gap nous rapproche de la compréhension de la façon dont cette matière quantique exotique est organisée.