Des chercheurs américains ont fabriqué un nouvel état de la matière… en forçant deux matériaux à s’écouter.
Il y a des histoires qui commencent avec une idée un peu folle. Celle d’aujourd’hui en fait partie. Aux États-Unis, dans un laboratoire de physique de l’Université Rutgers, une poignée de chercheurs a voulu provoquer une rencontre improbable.
Ils ont pris deux matériaux presque jamais vus ensemble, les ont plongés dans un champ magnétique gigantesque, et les ont observés longuement. Résultat : découverte d’un nouvel état de la matière, que les chercheurs ont baptisé cristal liquide quantique.
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Deux métaux qui ne se connaissaient pas se parlent et permettent la découverte d’un nouvel état de la matière
Le premier est un semi-métal de Weyl. Il permet au courant de circuler à une vitesse folle, sans la moindre résistance. Ce n’est pas un superpouvoir, c’est juste une propriété quantique de certaines particules exotiques qu’on appelle les fermions de Weyl.
Le second est un spin ice. Littéralement, de la glace magnétique. À l’intérieur, les champs magnétiques minuscules, ceux créés par le spin des électrons, se comportent comme les molécules d’eau dans la glace. Elles s’organisent, puis se désorganisent. Elles hésitent. C’est un chaos organisé.
Jusqu’ici, ces deux matériaux vivaient leur vie chacun de leur côté. On les étudiait séparément, on en apprenait des choses intéressantes et personne n’avait pensé à les faire dialoguer.
C’est là que l’équipe de Rutgers a eu cette idée simple et redoutable : les forcer à se parler.
On augmente le champ magnétique… et la matière change
Les physiciens ont donc empilé ces deux matériaux comme des couches très fines, presque transparentes. Ils les ont placés dans un dispositif spécial, capable de générer des champs magnétiques gigantesques.
Et là, surprise, la matière a atteint un état jamais observé ! Ni un simple solide ou un liquide magnétique, elle est devenue “autre chose”. On parle ici d’une structure à la fois ordonnée et souple, un peu comme un cristal… mais liquide. Un cristal liquide, donc, et quantique, car tout cela repose sur des interactions qui échappent à la physique classique.
Une matière qui ne choisit pas un camp, mais qui oscille entre deux natures.
Quand la symétrie se brise, on sait qu’il se passe quelque chose
Dans ce genre d’expérience, les physiciens guettent un signal très précis : la rupture de symétrie. Quand un matériau, soumis à des forces extérieures, commence à se comporter différemment selon la direction, c’est souvent le signe qu’un état quantique nouveau est en train d’émerger.
« On savait que chaque matériau était intéressant. On ne s’attendait pas à ce qu’ensemble, ils inventent quelque chose de complètement neuf », a expliqué Tsung-Chi Wu, l’un des chercheurs de l’équipe.
Il aura fallu plus de deux ans pour comprendre la portée de l’expérience. Pas parce que cette dernière a été mal faite mais au contraire parce que personne n’avait jamais vu ce genre de comportement auparavant. Il a fallu faire appel à des simulations, des modélisations théoriques, des calculs complexes. C’est le professeur Jedediah Pixley qui a apporté les clés, les concepts, les équations qui ont permis de donner un nom à ce phénomène.
Et là, tout a pris sens.
Ce n’est pas un gadget, c’est une nouvelle boussole pour la physique
Alors, à quoi sert tout ça ? À quoi bon créer un état étrange de la matière qui ne tient que dans un champ magnétique extrême avec deux matériaux rares ?
Eh bien justement, à comprendre jusqu’où la matière peut aller. À voir ce qu’elle a dans le ventre quand on la pousse hors de ses habitudes. Et aussi, à imaginer des matériaux du futur, capables d’avoir des comportements orientés, adaptables, peut-être même programmables, en fonction du champ magnétique ou de l’environnement.
Les cristaux liquides classiques ont déjà permis les écrans plats. Les cristaux liquides quantiques pourraient ouvrir la voie à des ordinateurs plus stables, des capteurs inédits, ou tout simplement de nouvelles branches de la physique des matériaux.
Les différents états connus de la matière en 2025
En dehors du cristal liquide quantique dont nous venons de parler, voici les autres états de la matière connus en 2025 :
| Nom de l’état de la matière | Description courte | Exemple(s) typique(s) |
| Solide | Forme et volume fixes, particules ordonnées | Glace, fer |
| Liquide | Volume fixe, forme variable, particules peu liées | Eau, huile |
| Gaz | Ni forme ni volume fixes, particules très mobiles | Air, vapeur d’eau |
| Plasma | Gaz ionisé (électrons libres), très énergétique | Soleil, aurores boréales |
| Cristal liquide | Propriétés intermédiaires entre liquide et solide | Écrans LCD |
| Verre | Solide amorphe, sans structure cristalline | Vitre, certains plastiques |
| Condensat de Bose-Einstein | Gaz atomique à très basse température, état quantique collectif | Atomes d’hélium ultra-froids |
| Condensat de Fermi | Similaire au Bose-Einstein mais constitué de fermions | Nuages d’atomes ultra-froids |
| Superfluide | Liquide qui s’écoule sans viscosité | Hélium-4 à très basse température |
| Supersolide | Théorisé : solide affichant aussi des propriétés de superfluide | État en laboratoire (sous conditions extrêmes) |
| Matière dégénérée | États ultra-denses, pression quantique dominante | Naines blanches, étoiles à neutrons |
| Matière quark-gluon | Mélange de quarks et de gluons, état primordial | Collisions d’ions lourds, univers primordial |
Source :
Tsung-Chi Wu et al. ,Electronic anisotropy and rotational symmetry breaking at a Weyl semimetal/spin ice interface.Sci. Adv.11,eadr6202(2025).
DOI:10.1126/sciadv.adr6202
