Une expérience du MIT dévoile une signature « en V » dans le graphène à angle magique, suggérant un mécanisme de supraconductivité non conventionnel — vers le supraconducteur à température ambiante.
Pour comprendre
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont empilé trois feuilles ultra-minces de graphène-« twisté » à un angle précis, et observé un écart d’énergie en forme de V quand le système devenait supraconducteur. Cette forme « en V » diffère des profils classiques, ce qui indique que les électrons ne se couplent pas via les vibrations du réseau atomique, mais peut-être via de fortes interactions électroniques. Cela fait de cette « supraconductivité non conventionnelle » un espoir concret vers des matériaux supraconducteurs à température ambiante. Le concept est simple : dans un supraconducteur, les électrons s’associent en paires et circulent sans résistance. Ce que montre cette expérience, c’est que ce couplage pourrait fonctionner autrement que dans les matériaux traditionnels. En bref, c’est un pas vers des câbles sans perte d’énergie, des réseaux électriques efficaces, et peut-être une prochaine génération d’ordinateurs quantiques.
En résumé
Le MIT a annoncé une avancée significative dans la quête des supraconducteurs à température ambiante en mesurant pour la première fois une signature “en V” du gap supraconducteur dans un système de Twisted Trilayer Graphene (MATTG) — trois couches de graphène empilées à l’angle « magique ». Cette mesure directe établit que la supraconductivité dans ce matériau est non conventionnelle : elle ne s’explique pas par les mécanismes classiques (phonons), mais par de fortes interactions électroniques. L’écart d’énergie observé au cœur de l’expérience confirme la nature singulière du couplage des électrons, ouvrant la voie à des stratégies pour concevoir des supraconducteurs à des températures plus élevées. Le dispositif de tunneling électronique et transport combiné a permis de suivre l’apparition de l’état supraconducteur et d’analyser son comportement sous champ magnétique et variation de température. Bien que la température de transition reste très basse, cette découverte redéfinit les priorités : ce n’est pas seulement atteindre la supraconductivité, mais comprendre son mécanisme afin de pouvoir l’élever vers des usages pratiques. L’enjeu dépasse la science fondamentale : réseaux sans perte, superconducteurs utilisables dans le quotidien, et nouveaux paradigmes pour l’électronique quantique sont potentiellement à portée.
Le contexte des supraconducteurs et l’enjeu technologique
Depuis la découverte de la supraconductivité en 1911, le défi principal est de la rendre fonctionnelle à des températures plus élevées. Un supraconducteur est un matériau dans lequel les électrons forment des paires (les paires de Cooper) et circulent sans résistance électrique. Mais la majorité des matériaux connus ne fonctionnent que sous des températures extrêmement basses (quelques K). Dans cette configuration, les supraconducteurs nécessitent des systèmes de refroidissement complexes, ce qui limite leur usage industriel. C’est pourquoi la cible des chercheurs est les supraconducteurs à température ambiante (ou proches). Une telle avancée permettrait des câbles sans perte, des réseaux électriques extrêmement efficaces, et un saut technologique pour l’électronique quantique. Or, la supraconductivité traditionnelle repose souvent sur le couplage électron-phonon (les vibrations du réseau atomique) selon la théorie BCS. Si l’on veut dépasser les contraintes actuelles, il faut envisager des mécanismes non conventionnels. C’est dans ce cadre que l’expérience du MIT s’inscrit : explorer un matériau à deux dimensions, le graphène « à angle magique », afin de révéler un mécanisme inédit.
Le matériau et l’expérience : graphène « à angle magique »
Le graphène est une feuille atomique de carbone, organisée en réseau hexagonal. Lorsqu’on superpose deux couches de graphène avec un angle proche de 1,1° — ce que l’on appelle le magic angle — on observe des bandes de conduction extrêmement plates (flat bands) où les électrons interagissent fortement. Cette configuration a créé le domaine de la twistronics. Le groupe du professeur Pablo Jarillo‑Herrero au MIT était parmi les pionniers. L’expérience récente utilise une version à trois couches — le Twisted Trilayer Graphene (MATTG) — pour renforcer les interactions. L’équipe a mis en place une plateforme expérimentale combinant la spectroscopie de tunneling et la mesure de transport électrique pour observer directement le gap supraconducteur. Ce gap correspond à l’énergie minimale nécessaire pour rompre une paire d’électrons. En mesurant la variation du gap selon la température ou le champ magnétique, les chercheurs ont pu déduire la nature du couplage entre électrons. Le vernis technique : par tunneling, on mesure la densité d’états électronique près de la surface. Le transport permet de confirmer que la résistance chute à zéro. Les données montrent que l’écart d’énergie adopte une forme en V (au lieu d’un plateau plat typique). Cette forme révèle que l’électrons-électrons — plutôt que les phonons — sont les médiateurs du couplage. Le papier accompagne l’étude dans Science (novembre 2025) et mentionne notamment Jeong Min Park et Shuwen Sun comme co-premiers auteurs. ([MIT News][1])
La signature « en V » et la preuve d’un mécanisme non conventionnel
Dans un supraconducteur conventionnel, le gap supraconducteur présente typiquement une forme quasi plate au centre, indiquant une symétrie s-wave où l’amplitude du gap reste constante. En revanche, l’équipe MIT observe pour MATTG un gap dont la densité d’états varie linéairement près de zéro énergie, formant un profil “en V”. Cette signature est caractéristique d’un couplage nodal — par exemple d’un ordre d-wave ou autre — ce qui indique que les paires d’électrons ont une symétrie spatiale différente et sont probablement liées via des interactions électroniques fortes (correlations) plutôt que via les vibrations atomiques. Le fait que ce gap apparaisse uniquement au moment où la résistance tombe à zéro confirme que la supraconductivité est bien en jeu. Les résultats montrent par ailleurs que le gap persiste dans un champ magnétique élevé, violant les limites de Pauli pour les supraconducteurs spin-singlet classiques (le champ in-plane dépasse 10 T dans certaines configurations) : ce sont autant de preuves que le phénomène est bien non-conventionnel. ([arXiv][2]) Ce type de couplage prometteur ouvre des scénarios nouveaux pour bâtir des matériaux qui ne se soucient pas de la limitation imposée par le couplage phonon-électron.
Vers des supraconducteurs à température plus élevée : implication et défis
Cette découverte ne signifie pas que l’on dispose déjà d’un supraconducteur fonctionnant à température ambiante, mais elle ouvre clairement une voie. En démontrant un mécanisme différent et potentiellement plus robuste, on augmente les chances de concevoir des matériaux où la température critique (T₍c₎) est beaucoup plus élevée. Toutefois, plusieurs défis subsistent :
- L’expérience a lieu à des températures très basses (quelques kelvins).
- Il faut identifier des matériaux ou configurations stables à température ambiante ou proche.
- Le maintien de la supraconductivité à l’échelle macroscopique (câbles, fils) pose des contraintes matérielles, de fabrication, de pureté et de gestion thermique.
- Il faut démontrer que le mécanisme peut être généralisé et mis à l’échelle.
Malgré ces défis, la percée du MIT redéfinit l’agenda : au lieu de se contenter d’augmenter la température de transition dans les matériaux existants, on peut désormais explorer de nouveaux mécanismes basés sur les interactions électroniques. Cela modifie aussi la stratégie de recherche : un accent accru sur les matériaux deux-dimensionnels, l’empilement angulaire, la moiré engineering, et la spectroscopie de précision.
Le rôle central de la plateforme expérimentale
Un autre point de valeur de cette étude est la plateforme expérimentale mise au point : combiner le tunneling d’électrons entre deux couches empilées et la mesure simultanée de la résistance électrique dans le même dispositif. Cela a permis de relier directement l’apparition d’un gap supraconducteur non conventionnel à la chute à zéro de la résistance. En capturant l’évolution du gap en fonction de la température et du champ magnétique dans le même échantillon, les chercheurs ont éliminé beaucoup d’incertitudes. Cette approche pourra être appliquée à d’autres matériaux à deux dimensions, ouvrant un champ plus large d’investigation vers des supraconducteurs innovants. ([SciTechDaily][3])
Les perspectives technologiques et sociétales
Si ce mécanisme se confirme et peut être généralisé, les retombées peuvent être majeures :
- Des réseaux électriques à faible perte permettant de transporter l’énergie sur de grandes distances sans dissipation.
- Des dispositifs quantiques plus accessibles, moins dépendants de cryogénie lourde.
- Une électronique plus compacte, plus efficiente, et potentiellement une nouvelle génération d’ordinateurs supraconducteurs ou quantiques.
- Un impact environnemental positif en réduisant la consommation énergétique liée à la transmission, au refroidissement et aux pertes. Cependant, la mise en œuvre reste à long terme. Il faudra franchir des étapes intermédiaires (micro-fils, modules pilotes) avant d’atteindre un supraconducteur fonctionnel à température ambiante. La recherche devra aussi intégrer la fabricabilité, la stabilité à long terme, et l’évolutivité industrielle. Ce sont ces dimensions qui permettront de passer du laboratoire à l’usage réel.
Les implications pour la compréhension fondamentale
Au-delà de l’application, cette étude enrichit la physique des matériaux quantiques. La confirmation d’un couplage d’électrons via des interactions fortes plutôt que par phonons suggère que d’autres familles de matériaux, jusqu’ici négligées, pourraient receler des comportements supraconducteurs. Elle renforce l’idée que la twistronics, les matériaux moirés et les empilements atomiques précis sont un terrain fertile pour découvrir des phases quantiques exotiques. Elle offre également un modèle d’étude pour comprendre la supraconductivité à haute température ou non conventionnelle observée dans certains cuprates ou ferro-pnictides. En ce sens, l’étude du MIT ouvre une « boîte noire » de la condensation quantique encore peu explorée.
Une étape — mais pas la dernière
La réussite du MIT n’est pas un aboutissement mais une étape. Elle pose des jalons précis : un matériau bien caractérisé, un mécanisme identifié, une plateforme expérimentale robuste. Le chemin reste long pour atteindre un supraconducteur à température ambiante utilisable. Mais à chaque jalon, l’horizon devient plus concret. Les laboratoires devront maintenant optimiser les matériaux, explorer d’autres systèmes, et collaborer avec l’industrie pour envisager des applications. Le récent résultat forge un nouveau repère : si les supraconducteurs à température ambiante étaient un Everest technologique, l’équipe MIT a maintenant atteint un camp avancé, où la voie est plus visible. Il reste à gravir les pentes techniques, matérielles et économiques — mais la carte est désormais tracée.
