Deux états supraconducteurs cachés révélés dans le NbSe₂ ultramince

Des physiciens de l’Université hébraïque de Jérusalem ont démontré que certains matériaux supraconducteurs ultraminces ne reposent pas sur un seul état quantique, mais sur deux ordres supraconducteurs distincts et fortement liés. Cette configuration fait apparaître un seul gap d’énergie dans les mesures expérimentales, alors qu’en réalité deux états coexistent et interagissent de manière étroite.

Cette observation concerne notamment le diséléniure de niobium (NbSe₂), l’un des matériaux supraconducteurs les plus étudiés. Lorsqu’il est réduit à quelques couches atomiques, ce composé semblait présenter un seul gap d’énergie — signature classique d’un appariement électronique homogène. Or, des mesures fines réalisées par spectroscopie tunnel très sensible ont révélé que ce comportement apparent masquait une structure interne bien plus riche.

Shahar Simon, doctorant, et Maya Klang, étudiante en master, ont mené cette étude sous la direction des professeurs Oded Millo et Hadar Steinberg, respectivement de l’Institut de physique Racah et du Centre de nanosciences et nanotechnologies. Leur travail a été publié le 29 juin 2026 dans la revue Physical Review Letters.

Les chercheurs ont constaté un phénomène similaire dans le disulfure de tantale (TaS₂), un matériau étroitement apparenté. « C’est un peu comme écouter ce qui semble être un chanteur unique, pour découvrir ensuite qu’il s’agit en réalité d’un duo parfaitement synchronisé », ont-ils expliqué.

Les modèles théoriques traditionnels ne parvenaient pas à reproduire avec précision la forme du spectre d’énergie supraconducteur observé. En revanche, un modèle avancé intégrant deux ordres supraconducteurs séparés mais fortement couplés a permis de rendre compte exactement des données spectroscopiques, ainsi que des modifications induites par des champs magnétiques externes.

L’étude suggère également que, dans sa forme massive — c’est-à-dire non ultramince — le NbSe₂ pourrait abriter non pas deux, mais trois ordres supraconducteurs interagissant simultanément. Cette complexité accrue ouvre des perspectives nouvelles pour la conception contrôlée de matériaux supraconducteurs destinés aux ordinateurs quantiques, à l’électronique ultraefficace, aux capteurs de haute précision et à d’autres technologies fondées sur la supraconductivité.

Référence : « Two-Band Superconductivity in Few-Layer NbSe2 and TaS2 » par Shahar Simon, Maya Klang, Oded Millo et Hadar Steinberg, 29 juin 2026, Physical Review Letters. DOI : 10.1103/p836-tdgw