Le graphène — une feuille de carbone d'un atome d'épaisseur — sait changer ses propriétés magnétiques comme l'eau change de forme : tantôt elle coule, tantôt elle se fige en glace. Dans ces nouveaux travaux, des physiciens ont pour la première fois observé l'intérieur de ce processus à l'aide d'un capteur de la taille d'une pointe d'aiguille. Le capteur ressent le champ magnétique comme un doigt ressent la chaleur d'un radiateur — à distance.

Il s'avère que le changement d'états dans le graphène n'est pas une glissade progressive, mais un saut brusque. Comme si l'eau ne refroidissait pas progressivement, mais se transformait instantanément en glace à zéro degré. Parallèlement, à la frontière entre deux états, des taches magnétiques scintillantes apparaissent dans le matériau — comme des îlots de glace dans une eau encore liquide. Cela signifie que les deux états peuvent coexister, en se disputant la place.

Ces sauts sont importants : si l'on apprend à les contrôler, on pourra créer des interrupteurs pour les ordinateurs quantiques. L'état magnétique du graphène est comme un interrupteur de lumière : clic — et le courant passe. Sauf qu'au lieu du courant, c'est le spin de l'électron, la « toupie » interne de la particule.

Ces travaux montrent pour la première fois que les transitions topologiques dans le graphène sont brusques, comme les changements d'état de l'eau. Cela change notre vision de la nature des phases quantiques et ouvre la voie à de nouveaux dispositifs.