Un tuyau d'eau : plus il est large, plus l'eau passe. Dans les contacts supraconducteurs — les jonctions Josephson (des ponts où le courant circule sans résistance) — c'est généralement pareil : plus le matériau conduit bien à l'état normal, plus le courant supraconducteur qui le traverse est grand. Mais une expérience récente avec des jonctions en graphène bicouche torsadé (deux feuilles de graphène tournées l'une par rapport à l'autre d'un angle magique) a montré l'inverse : le courant augmentait tandis que la conductivité chutait. C'est comme si on ouvrait davantage le robinet et que le débit diminuait.
L'explication réside dans la géométrie inhabituelle des états électroniques. Dans les bandes d'énergie plates du graphène torsadé, les électrons se déplacent très lentement, et le courant Josephson ordinaire disparaît presque. Mais un autre mécanisme apparaît : le courant quantique-métrique. Son ampleur ne dépend pas de la vitesse des électrons, mais de la « distance » entre leurs états dans un espace particulier — ce qu'on appelle la métrique quantique. Si cette distance est comparable à la longueur de la jonction, le courant peut circuler même lorsque la conductivité normale est faible.
Les auteurs de l'étude ont construit un modèle simple basé sur le réseau de Lieb, puis un modèle réaliste à six bandes du graphène torsadé. Dans les deux cas, les calculs ont montré que pour certains paramètres, le courant critique augmente effectivement tandis que la conductivité diminue — exactement comme dans l'expérience. C'est la première indication directe que le courant quantique-métrique, auparavant négligé, peut dominer dans les systèmes à bandes plates.
Cette anomalie n'est pas une simple curiosité. Elle ouvre la voie au contrôle des propriétés supraconductrices par la géométrie, et non plus seulement par la composition du matériau. À l'avenir, cela pourrait permettre de créer des capteurs ultra-sensibles ou des éléments d'ordinateurs quantiques où le courant s'allume et s'éteint en tournant les couches, plutôt qu'en modifiant la température ou le champ magnétique.
Le graphène bicouche torsadé est dit « magique » en raison de l'angle de rotation d'environ 1,1 degré : à cet angle, les électrons se comportent comme si leur vitesse tombait à zéro et commencent à interagir fortement entre eux, donnant naissance à la supraconductivité et à d'autres effets inhabituels.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Les Enfants d'Icare », les extraterrestres contrôlaient la matière au niveau quantique en modifiant ses propriétés par une simple rotation. Le courant anormal dans le graphène torsadé est un pas vers un tel contrôle de la supraconductivité.