L’intrication quantique observée à l’échelle centimétrique dans un métal étrange
18 Jui 2026Qu'est-ce qui rend les métaux étranges si... étranges ?
Ce que l'on appelle le « comportement de métal étrange » fait référence au comportement inhabituel de la résistivité électrique à basse température : celle-ci varie de manière linéaire, au lieu de dépendre théoriquement du carré de la température. Les métaux étranges ont été identifiés pour la première fois dans les supraconducteurs à haute température critique (les cuprates), avant d'être découverts dans plusieurs autres classes de matériaux.
Les métaux étranges présentent des propriétés quantiques fascinantes, dont une grande partie ne sont pas encore totalement comprises. Il s'agit d'états exotiques de la matière quantique fortement corrélée, et de nombreux travaux sont actuellement menés pour en comprendre la nature.
Ces nouveaux résultats intègrent désormais l'intrication dans l'équation. Derrière le comportement singulier des métaux étranges pourrait se cacher un principe d'organisation plus profond, dans lequel de nombreuses entités quantiques agissent de concert au sein d'un état fortement intriqué.
Federico Mazza, doctorant à TU Wien, qui a réalisé les mesures à l’ILL en collaboration avec l’équipe locale.
Neutrons et basses températures
Pour cette étude, l’équipe de recherche a produit un cristal composé de cérium, de palladium et de silicium (Ce3Pd20Si6), déjà connu pour présenter un point critique quantique de métal étrange induit par un champ magnétique.
Les scientifiques ont ensuite utilisé la diffusion inélastique des neutrons pour sonder le cristal à des températures extrêmement basses. En d’autres termes, ils ont bombardé le cristal de neutrons et ont mesuré la réponse du matériau.
L’expérience s’est concentrée précisément sur le point critique quantique connu du Ce3Pd20Si6, sous un champ magnétique de 1,73 tesla. À ce point précis, le matériau se trouve au seuil d’une transition (liée à la rupture de l'effet d'écran Kondo, un processus qui lie normalement les degrés de liberté électroniques locaux aux électrons de conduction). C'est à l’approche de cette frontière que le matériau entre dans le régime de métal étrange.
L’expérience a été réalisée à l’ILL sur le spectromètre trois axes à neutrons froids ThALES, qui associe le flux de neutrons élevé caractéristique de l’ILL à une excellente résolution en énergie. L'équipe a mesuré la réponse de spin dynamique du cristal jusqu’à 60 millikelvins, sous un champ magnétique précisément ajusté.
Selon les auteurs, la diffusion de neutrons est la seule méthode adaptée à de telles études. Pour toutes les autres techniques envisageables, « la résolution en énergie et les températures minimales accessibles sont encore à des ordres de grandeur de ce qui peut être obtenu avec les expériences de pointe en INS/DIN (diffusion inélastique des neutrons) », affirment-ils dans leur article publié dans Nature Physics.
L'intrication quantique entre dans l'équation
Ces nouveaux résultats suggèrent que les constituants du cristal répondent de manière collective, révélant ainsi une intrication à l'échelle de tout le matériau. Derrière le comportement singulier des métaux étranges pourrait se cacher un principe d'organisation plus profond, dans lequel de nombreuses entités quantiques agissent de concert au sein d'un état fortement intriqué.
Pour capturer cette réponse quantique collective, les chercheurs ont utilisé une grandeur issue de la théorie de l'information quantique appelée l'information de Fisher quantique (QFI, pour Quantum Fisher Information). Pour simplifier, la QFI mesure l'intensité avec laquelle un système quantique réagit à une perturbation. Si les particules sont intriquées, le système peut réagir plus fortement que la simple somme de ses parties.
« Dans un matériau normal, on s'attendrait à ce qu'un neutron transfère son énergie à une particule individuelle », explique Federico Mazza, cité dans l'article du site internet de TU Wien. « Mais en analysant les données grâce à l'information de Fisher quantique, nous avons découvert une réponse qui ne peut s'expliquer par des particules indépendantes. Elle indique au contraire que des groupes d'au moins neuf entités quantiques intriquées agissent collectivement. »
L'étude démontre également que le concept d'information de Fisher quantique peut être utilisé pour détecter l'intrication quantique, même au sein de grands systèmes à plusieurs corps. De cette manière, elle établit un nouveau lien entre la physique du solide et la physique quantique.
L'intrication est généralement abordée pour des systèmes comportant un petit nombre de particules - où l'état d'une particule dépend de celui d'une autre, quelle que soit la distance qui les sépare - plutôt que pour des échantillons massifs de taille centimétrique.
« A notre connaissance, l'augmentation prononcée et invariante d'échelle de la QFI à mesure que la température diminue, telle qu'observée dans notre étude par diffusion inélastique des neutrons (...), indique la profondeur d'intrication la plus élevée jamais rapportée à ce jour pour un matériau quantique », affirment les auteurs dans l'article qui vient de paraître.
Si ces travaux s'inscrivent pour l'instant dans le cadre de la recherche fondamentale, les métaux étranges pourraient bien, à terme, trouver des applications dans les technologies quantiques.
Référence :
Mazza, F., Biswas, S., Yan, X. et al. Quantum Fisher information in a strange metal. Nat. Phys. (2026).
https://doi.org/10.1038/s41567-026-03298-0
Instrument ILL : ⚙️ThALES
Contact ILL : Paul Steffens
Institutions impliquées dans la recherche : Technical University of Vienna, University of Würzburg, Rice University