Une équipe internationale de physiciens expérimentaux et théoriques d’Autriche et de Suisse a étudié ce qui se passe lorsqu’un supersolide dipolaire est déséquilibré.
Ilzhöfer et al. ont découvert une forme molle d’un supersolide. Crédit image : Harald Ritsch / IQOQI Innsbruck.
Prédite il y a cinq décennies, la supersolidité est une phase exotique de la matière où la superfluidité et l’ordre cristallin coexistent.
Dans cet état, les atomes sont disposés selon un modèle cristallin tout en se comportant comme un superfluide, dans lequel les particules se déplacent sans friction.
En 2017, deux équipes de physiciens du MIT et de l’ETH Zurich ont indépendamment transformé un condensat de Bose-Einstein en un super-solide.
Deux ans plus tard, des physiciens de l’Université d’Innsbruck ont réalisé expérimentalement un tel état en utilisant des gaz quantiques ultrafroids d’atomes de lanthanides hautement magnétiques.
“En raison des effets quantiques, un gaz d’atomes très froid peut spontanément développer à la fois l’ordre cristallin d’un cristal solide et un flux de particules comme un liquide quantique superfluide, c’est-à-dire un fluide capable de s’écouler sans aucune friction”, a déclaré l’auteur principal, Francesca Ferlaino, chercheuse à l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences et au département de physique expérimentale de l’université d’Innsbruck.
“De manière très simplifiée, un supersolide dipolaire peut être imaginé comme une chaîne de gouttelettes quantiques qui communiquent entre elles via un bain de fond superfluide”, a ajouté le co-auteur Thierry Giamarchi, physicien théoricien à l’Université de Genève.
Dans cette nouvelle recherche, le Dr Ferlaino, le Dr Giamarchi et leurs collègues ont étudié comment un état supersolide réagit si le bain superfluide entre les gouttelettes est drainé par le contrôle du champ magnétique externe.
“Nous avons pu montrer que sans le bain, les gouttelettes perdent rapidement la connaissance les unes des autres et commencent à se comporter comme de petits systèmes quantiques indépendants – elles se diphasent”, a déclaré le co-auteur Maximilian Sohmen, également de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences et du Département de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck.
“Le supersolide se transforme en un solide normal.”
De manière surprenante, les scientifiques ont également été capables d’inverser ce processus de déphasage.
Lorsqu’ils ont reconstitué le bain de fond, les gouttelettes ont renouvelé leur communication par tunnel de particules et ont rétabli la supersolidité.
Ce solide, cependant, est encore “mou”, il peut osciller et supporter de nombreuses excitations collectives, appelées phonons”, a déclaré le premier auteur, le Dr Philipp Ilzhöfer, de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences.
“Cela fait de cet état un sujet d’étude très intéressant mais complexe, avec des liens forts avec la physique de l’état solide et d’autres domaines.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Physics.
