Un mince film de nitrure de zirconium repose sur un substrat d'oxyde de magnésium. L'épaisseur est de deux dixièmes de micron, comme une toile d'araignée, mais à l'intérieur bouillonne une vie quantique. Lorsqu'on le refroidit à un demi-kelvin, la supraconductivité n'y disparaît pas d'un coup : elle se fragmente en de rares îlots qui tiennent encore au milieu du désordre.
Ce désordre est créé par des lacunes de zirconium et des atomes d'azote en excès. Ils brisent le réseau parfait, et l'état supraconducteur ne peut pas envahir tout l'échantillon. Il ne reste que des régions isolées, semblables à des flaques après la pluie. Autour d'elles, un métal normal, qui ne conduit pas le courant sans résistance.
En mesurant la résistance sous champ magnétique, les chercheurs ont remarqué que les courbes pour différentes températures ne convergent pas en un point unique, mais s'étalent en une large zone. Un tel signe indique une singularité de Griffiths. Mais l'échelle, la loi selon laquelle la résistance dépend du champ et de la température, s'est révélée bidimensionnelle. Comme si les îlots supraconducteurs s'étaient alignés en feuillets plans, alors que le matériau lui-même est volumique.
L'exposant critique effectif zν augmentait à mesure que la température diminuait et divergeait vers zéro. Sa dépendance au champ était décrite par une loi d'activation avec un exposant de 0,7 à 0,8, proche de la valeur 0,61 issue des simulations pour les systèmes bidimensionnels. Les données se répartissaient sur deux branches dans les coordonnées d'échelle d'activation, comme il se doit pour un plan.
Les régions supraconductrices rares dans un matériau tridimensionnel semblent se connecter en un réseau de percolation, comme des sentiers entre les flaques. Ce réseau est effectivement bidimensionnel, c'est pourquoi l'échelle révèle deux dimensions. La mer de désordre n'a pas englouti les îles : elle les a reliées en un mince film conducteur à l'intérieur du volume.
Aujourd'hui, c'est de la connaissance pure. Elle approfondit la compréhension des transitions de phase quantiques dans les supraconducteurs désordonnés, mais les applications directes ne sont pas encore visibles. En revanche, il est désormais clair que même dans un réseau cubique de nitrure de zirconium, le désordre peut dessiner des images bidimensionnelles. Les îles dans la mer ne sont pas qu'une métaphore, c'est un portrait exact de l'état quantique.
Le nitrure de zirconium est l'un des plus anciens supraconducteurs connus : sa supraconductivité a été découverte dès 1952 à une température de 9.05 K. Depuis, ce matériau a été utilisé dans des revêtements protecteurs et des outils de coupe, et le voici maintenant comme terrain d'étude pour des phénomènes quantiques exotiques.