Prédite il y a cinq décennies, la supersolidité est une phase exotique de la matière où coexistent superfluidité et ordre cristallin. En combinant théorie et expériences, une équipe de physiciens autrichiens a démontré que les gaz quantiques dipolaires de deux métaux lanthanides – l’erbium et le dysprosium – supportent un état aux propriétés supersolides.
Plusieurs dizaines de milliers de particules s’organisent spontanément en une structure cristalline autodéterminée tout en partageant la même fonction d’onde macroscopique – caractéristiques de la supersolidité. Crédit image : Université d’Innsbruck.
Dans un supersolide, les atomes sont disposés selon un modèle cristallin et se comportent en même temps comme un superfluide, dans lequel les particules se déplacent sans friction.
“Alors que la plupart des travaux se sont concentrés sur la réalisation de la supersolidité dans l’hélium, les chercheurs se sont récemment tournés vers les gaz atomiques, en particulier ceux qui présentent de fortes interactions dipolaires”, a déclaré le premier auteur, le Dr Lauriane Chomaz, de l’Institut de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck, et ses collègues.
“Des expériences récentes ont révélé que ces gaz présentent des similitudes fondamentales avec l’hélium superfluide. Ces caractéristiques jettent les bases pour atteindre un état présentant à la fois une modulation spontanée de la densité et une cohérence de phase globale, qui sont des indicateurs de supersolidité.”
Les deux supersolides réalisés par l’équipe ont été créés en utilisant des gaz quantiques d’erbium et de dysprosium.
“Nous avons créé expérimentalement des états présentant ces caractéristiques de supersolidité en accordant la force d’interaction entre les particules, dans les deux gaz quantiques d’erbium et de dysprosium”, ont déclaré les scientifiques.
“Alors qu’à l’erbium, le comportement supersolide n’est que transitoire, notre réalisation au dysprosium présente une stabilité sans précédent”, a déclaré l’auteur principal, Francesca Ferlaino, de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences.
“Ici, le comportement supersolide non seulement vit longtemps mais peut aussi être directement obtenu par refroidissement par évaporation, en partant d’un échantillon thermique.”
“Comme si l’on soufflait sur une tasse de thé, le principe ici est d’éliminer les particules qui portent le plus d’énergies afin que le gaz devienne de plus en plus froid et atteigne finalement un état stationnaire à dégénérescence quantique avec des propriétés supersolides à l’équilibre thermique.”
“Cela offre des perspectives excitantes pour les expériences et les théories du futur proche, car l’état supersolide dans ce cadre est peu affecté par la dynamique dissipative ou les excitations, ouvrant ainsi la voie pour sonder son spectre d’excitation et son comportement superfluide.”
Les résultats ont été publiés dans le journal Physical Review X.
