Le 16 juin 2026, une équipe de recherche dirigée par le Dr Ryosuke Kurihara de l’Université des sciences de Tokyo a publié dans Physical Review B la détection d’oscillations quantiques magnétiques dans la phase métallique de l’ytterbium dodécaboride (YbB12), apportant une réponse cruciale sur le comportement de cet isolant de Kondo.
Le paradoxe des oscillations dans un isolant
La compréhension de la conductivité électrique dépend de l’organisation des électrons au sein d’un matériau. En temps normal, les oscillations quantiques magnétiques (MQO) — de légères variations cycliques des propriétés physiques sous l’effet d’un champ magnétique — ne se produisent que dans les métaux ou les semi-métaux, là où les électrons circulent librement. Pourtant, l’ytterbium dodécaboride (YbB12) défiait les lois établies. Ce matériau est un isolant de Kondo, un type de substance où les interactions intenses entre les électrons créent un écart énergétique, bloquant ainsi le passage du courant à basse température. Malgré cet état isolant, des mesures de magnétorésistance effectuées précédemment avaient détecté des oscillations quantiques, un phénomène théoriquement impossible sans particules chargées mobiles. Cette contradiction laissait les physiciens dans l’incertitude : comment un isolant pouvait-il présenter des signatures d’un comportement métallique ? Comme l’indique un rapport de Physics World, cette question restait l’un des points les plus mystérieux de la physique de la matière condensée.L’utilisation de l’ultrason sous des champs de 65 Tesla
Pour résoudre cette énigme, le Dr Ryosuke Kurihara et son équipe ont opté pour une méthode différente : la mesure ultrasonore. Contrairement aux méthodes précédentes, l’utilisation des ultrasons permet une observation sensible à la structure globale du matériau. Les chercheurs de l’Université des sciences de Tokyo ont soumis un cristal de haute qualité de YB12 à des conditions extrêmes. L’expérience a nécessité l’application de champs magnétiques atteignant 65 Tesla, tout en maintenant des températures proches du zéro absolu, descendant jusqu’à 485 mK. L’équipe scientifique était composée d’experts de plusieurs institutions japonaises de premier plan :- Dr. Ryosuke Kurihara, Université des sciences de Tokyo
- Dr. Atsuhiko Miyata, Institut de physique de l’état solide, Université de Tokyo
- Dr. Shusaku Imajo, Université de Tokyo
- Dr. Ruo Hibino, Université de Kobe
« Puisqu’il est connu que les oscillations quantiques de l’YbB12 dépendent de l’échantillon, nous voulions vérifier si les oscillations quantiques sont réellement invisibles avec les ultrasons en utilisant un échantillon dans lequel les oscillations quantiques avaient déjà été confirmées et les données compilées dans un article. Dans nos études ultrasonores précédentes sur l’YbB12, aucune oscillation quantique n’avait été détectée. De plus, si les oscillations quantiques ne sont pas visibles avec les ultrasons, il doit y avoir une physique sous-jacente qui explique pourquoi elles ne sont pas visibles, et nous voulions vérifier cela également. » Dr. Kurihara, via tus.ac.jp
La distinction entre les phases métallique et isolante
Les résultats, détaillés dans la revue Physical Review B, apportent une distinction fondamentale. Les chercheurs ont observé des oscillations quantiques uniquement lorsque le YbB12 basculait dans une phase métallique induite par le champ magnétique. En revanche, aucune oscillation n’a été détectée lorsque le matériau se trouvait dans son état isolant. Cette observation est capitale. Elle suggère que les oscillations précédemment détectées par magnétorésistance dans l’état isolant ne sont pas forcément le signe de particules libres dans l’isolant lui-même, mais pourraient être liées à la manière dont le champ magnétique transforme la structure électronique du matériau. En isolant ces phénomènes dans la phase métallique, l’étude de l’équipe de Kurihara aide à séparer les propriétés intrinsèques de l’isolant de Kondo des comportements émergents qui n’apparaissent que sous une contrainte magnétique extrême. Cela permet de mieux comprendre comment les électrons s’organisent et se déplacent lorsque les barrières énergétiques sont franchies, ouvrant la voie à une manipulation plus précise des matériaux topologiques pour les technologies futures.Find more reporting in our Technologie et science section.
