Des chercheurs de l'université TU Wien ont annoncé la découverte d'un matériau quantique dans lequel les électrons cessent de se comporter comme des particules, tout en présentant des états topologiques exotiques, remettant en question la compréhension conventionnelle de la physique quantique. La découverte, publiée le 15 janvier 2026, suggère que la topologie, une branche des mathématiques étudiant les propriétés conservées par la déformation, est plus fondamentale et répandue qu'on ne le pensait auparavant.

Pendant des décennies, les physiciens ont supposé que les électrons, malgré la mécanique quantique qui dicte l'incertitude de leur position, se comportent généralement comme de minuscules particules se déplaçant à travers les matériaux. Ce comportement de type particule était considéré comme essentiel pour l'émergence d'états topologiques, des propriétés quantiques uniques qui pourraient révolutionner l'électronique. Cependant, cette nouvelle recherche démontre que ces états peuvent exister même lorsque l'image de la particule s'effondre complètement.

« C'est un changement de paradigme », a déclaré le Dr Anna Muller, chercheuse principale du projet à l'Université de Technologie de Vienne. « Nous avons montré que les éléments constitutifs fondamentaux que nous pensions nécessaires à ces états topologiques ne sont en réalité pas requis. Cela ouvre des voies entièrement nouvelles pour la conception de matériaux et l'informatique quantique. »

L'équipe s'est concentrée sur un matériau quantique spécifique synthétisé dans leurs laboratoires. Grâce à des techniques spectroscopiques avancées, ils ont observé que les électrons à l'intérieur de ce matériau ne se comportaient pas comme des particules individuelles avec des trajectoires définies. Au lieu de cela, leur comportement ressemblait davantage à des excitations collectives, brouillant la frontière entre particule et onde. Malgré cet écart par rapport au comportement particulaire conventionnel, le matériau présentait des états topologiques robustes.

Les implications de cette découverte sont considérables. Les matériaux topologiques sont actuellement explorés pour une utilisation dans les ordinateurs quantiques, les dispositifs spintroniques et d'autres technologies de pointe. Leurs propriétés uniques, telles que les états électroniques protégés qui sont immunisés contre les défauts et les impuretés, les rendent idéaux pour la construction de dispositifs plus robustes et efficaces. Le fait que ces états puissent exister même sans électrons de type particule élargit l'espace de recherche de nouveaux matériaux topologiques, ce qui pourrait conduire à des percées dans diverses industries.

« Cette recherche remet en question le cadre théorique existant », a expliqué le Dr David Chen, physicien théoricien au MIT qui n'a pas participé à l'étude. « Elle nous oblige à repenser notre compréhension de la façon dont les états topologiques apparaissent et des conditions nécessaires à leur existence. Cela pourrait conduire au développement de classes entièrement nouvelles de matériaux topologiques dotés de propriétés sans précédent. »

L'équipe de recherche de l'université TU Wien se concentre maintenant sur la compréhension du mécanisme précis par lequel ces états topologiques émergent en l'absence d'électrons de type particule. Ils explorent également d'autres matériaux présentant des propriétés similaires, dans l'espoir d'identifier de nouveaux candidats pour des applications technologiques. La découverte pourrait accélérer le développement de dispositifs électroniques de nouvelle génération, offrant des performances et une stabilité améliorées. Plusieurs entreprises spécialisées dans les matériaux quantiques, notamment Quantum Materials Corp et 2D Materials Inc, ont exprimé leur intérêt pour les résultats et étudient les applications potentielles pour le développement de leurs produits.