Le graphène révèle un secret quantique !

Pendant de nombreuses années, l'une des plus grandes énigmes de la physique quantique est restée sans réponse : les électrons peuvent-ils se comporter comme un fluide parfait et sans frottement, tel que décrit par la constante quantique universelle ? En raison des imperfections et des impuretés des matériaux, ce phénomène a été extrêmement difficile à détecter.

Des chercheurs de l'Institut indien des sciences (IISc), en collaboration avec l'Institut national japonais des sciences des matériaux, ont détecté ce fluide électronique quantique dans le graphène, un matériau carboné monocouche. Leurs résultats, publiés dans Nature Physics, ouvrent de nouvelles perspectives quantiques et confirment que le graphène constitue une plateforme idéale pour l'exploration de phénomènes quantiques rares. « C'est incroyable le nombre de secrets que recèle une seule couche de graphène, même après 20 ans », déclare le professeur Arindam Ghosh de l'IISc.

L'équipe a créé des échantillons de graphène extrêmement pur et observé comment il conduisait simultanément l'électricité et la chaleur. Étonnamment, ils ont constaté la relation inverse : une conductivité électrique plus élevée entraînait une conductivité thermique plus faible. À basse température, ils ont détecté un écart de plus de 200 fois par rapport à cette loi, indiquant des mécanismes distincts pour le transfert de chaleur et de charge. Ces deux mécanismes reposent sur une constante universelle, la conductivité quantique.

Ce phénomène se produit au « point de Dirac », où le graphène n'est ni un métal ni un isolant. Là, les électrons se déplacent comme un liquide – semblable à l'eau, mais cent fois moins visqueux. Cet état, appelé liquide de Dirac, rappelle le plasma quark-gluon observé au CERN.

Le graphène s'avère ainsi une plateforme rentable pour simuler la physique des hautes énergies et l'astrophysique. Le liquide de Dirac promet également des avancées dans les capteurs quantiques pour la détection de signaux extrêmement faibles. Cela pourrait s'avérer très utile en pratique.