​Depuis près de quarante ans, une classe de matériaux, appelée « métaux étranges », défie notre compréhension de la manière dont les électrons se déplacent dans les solides. Contrairement aux métaux ordinaires — comme le cuivre, l'or ou l'aluminium — pour lesquels la conductivité dépend essentiellement des défauts du matériau et du mouvement des atomes qui perturbe la trajectoire des électrons, les métaux étranges présentent un comportement différent. Leur taux de relaxation* (paramètre qui décrit la fréquence de collisions des électrons) semble être uniquement gouverné par des constantes fondamentales. En outre, leur résistivité électrique décroît de manière linéaire jusqu'à des températures proches du zéro absolu, s'éloignant de la courbure typique des métaux ordinaires. Ce comportement traduit un mécanisme physique commun, observable dans des systèmes variés totalement différents, allant des supraconducteurs à haute température, comme les cuprates*, aux matériaux artificiels constitués de couches atomiques superposées avec un léger angle de rotation — appelés systèmes de Moiré à « angle magique », en passant par les simulateurs quantiques à atomes froids.

Dans cette étude, l'expertise en « Calcul Haute Performance (HPC) » des chercheurs du CEA-Irig/MEM/L-SIM a permis la réalisation de simulations numériques à grande échelle d'un modèle théorique décrivant le comportement des électrons dans ces matériaux fortement corrélés*. Leurs résultats suggèrent que ce comportement ne se limite pas à une catégorie spécifique de matériaux, mais se manifeste de manière plus vaste dans les systèmes fortement interagissants, dès lors que l'ordre (électronique, magnétique ou supraconducteur) est absent. Grâce à leurs calculs numériques, les chercheurs sont ainsi parvenus à établir l'origine de ce comportement : l'étrangeté de ces métaux ne proviendrait non pas de la fréquence de collisions des électrons, mais simplement de la nature quantique de leur mouvement.

Cette étude lève un verrou fondamental concernant la compréhension des mécanismes à l'origine des propriétés électroniques inhabituelles de ces matériaux. Ce comportement de métal étrange est systématiquement observé en frontière des régions supraconductrices dans les diagrammes de phase de ces matériaux, suggérant que les deux phénomènes sont étroitement liés. En mettant en lumière un mécanisme susceptible d'être à l'origine de cette métallicité étrange, ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour explorer ce qui se cache au-delà de cette limite supraconductrice.

UMR : MEM (CEA, UGA).

Financements : heures de calcul sur le projet GENCI 2025-AD010916992 .

Collaborations : Institut Néel-CNRS, Simone Fratini & Arnaud Ralko, Università dell'Aquila, Sergio Ciuchi.

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