Des supersolides brouillés

Les supersolides sont à la fois fluides et solides. Des physiciens de Genève et d'Innsbruck ont pour la première fois étudié ce qui se passe lorsqu'un tel état est déséquilibré. Ils ont découvert une forme molle d'un solide de grand intérêt pour la science. Comme le rapportent les chercheurs dirigés par Francesca Ferlaino et Thierry Giamarchi (DQMP - UNIGE) dans Nature Physics, ils ont également réussi à inverser le processus et à rétablir la supersolidité.

L'année dernière, plus de cinquante ans après les propositions théoriques initiales, des chercheurs de Pise, Stuttgart et Innsbruck ont réussi pour la première fois, indépendamment les uns des autres, à créer des "supersolides" en utilisant des gaz quantiques ultra-froids d'atomes de lanthanides hautement magnétiques. Cet état de la matière est, en un sens, à la fois solide et liquide. "En raison des effets quantiques, un gaz d'atomes très froid peut spontanément développer à la fois un ordre cristallin d'un cristal solide et un écoulement de particules comme un liquide quantique superfluide, c'est-à-dire un fluide capable de s'écouler sans aucune friction" explique Francesca Ferlaino de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie des sciences autrichienne et du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck. "Beaucoup plus simple, un supersolide dipolaire peut être imaginé comme une chaîne de gouttelettes quantiques qui communiquent entre elles via un bain de fond superflu", explique Thierry Giamarchi, physicien théoricien de l'Université de Genève.

Étonnamment réversible

Dans leur article paru dans Nature Physics, les chercheurs expliquent maintenant comment un tel état supersolide réagit si le bain superflu 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 qu'elles ont les unes des autres et commencent à se comporter comme de petits systèmes quantiques indépendants - elles déphasent. Le supersolide se transforme en un solide normal", explique Maximilian Sohmen, de l'équipe de Francesca Ferlaino. Ce "solide" reste cependant mou, il peut vaciller et supporter de nombreuses excitations collectives, appelées phonons", ajoute Philipp Ilzhöfer de l'équipe d'Innsbruck. "Cela fait de cet état un sujet d'étude très intéressant mais complexe, avec des liens étroits avec la physique du solide et d'autres domaines".

Il est peut-être surprenant aussi de constater que les physiciens d'Innsbruck ont également réussi à inverser ce processus de déphasage : Lorsqu'elles ont reconstitué le bain de fond, les gouttelettes ont renouvelé leur communication par effet tunnel et ont rétabli la supersolidité.

La recherche a été soutenue financièrement par le Fonds autrichien pour la science FWF, le ministère fédéral de l'éducation, de la science et de la recherche, le Fonds national suisse de la science et l'Union européenne.