Des chercheurs européens observent un état supersolide à température ambiante dans des hybrides lumière-matière
Des physiciens polonais, français et suisses démontrent un supersolide accordable électriquement à l'aide de microcavités à cristaux liquides, sans refroidissement proche du zéro absolu
Traduit automatiquement de l’original en anglais Lire l’original
Une équipe de recherche européenne a observé un état supersolide accordable électriquement à température ambiante à l'intérieur d'une cavité optique. Cette découverte en physique, obtenue en combinant des cristaux liquides et des films semi-conducteurs organiques, démontre que le comportement supersolide peut se produire sans la réfrigération ultrafroide jusqu'ici nécessaire à de telles phases quantiques.
Lumière et matière créent une phase quantique à double ordre
Les physiciens ont théorisé dès les années 1960 qu'un superfluide, fluide sans frottement et de viscosité nulle, pouvait émerger au sein d'une structure cristalline. Cette phase duale, appelée supersolide, a été confirmée expérimentalement dans des condensats de Bose-Einstein atomiques ultrafroids en 2017. Comme l'ont souligné de récentes actualités brevets et comme le rapporte Interesting Engineering, une équipe conjointe de l'université de Varsovie, de l'Université militaire de technologie de Pologne, du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et d'IBM Research Zurich a désormais produit cet état à température ambiante.
Les chercheurs ont exploité le couplage fort entre lumière et matière au sein d'une microcavité optique pour générer des exciton-polaritons, des quasiparticules hybrides. Bien que ces quasiparticules ne subsistent que quelques picosecondes, cette brève fenêtre leur permet de former un condensat de Bose-Einstein agissant comme un superfluide quantique.
« C'est un exemple d'école de brisure spontanée de symétrie. La théorie prévoyait que le supersolide pourrait choisir parmi plusieurs états équivalents, et c'est exactement ce que nous avons observé. »
— Guillaume Malpuech, professeur à l'Institut Pascal (CNRS)
Brisure spontanée de symétrie sous excitation laser
Pour construire le dispositif, les chercheurs ont rempli une microcavité optique d'un cristal liquide sur mesure et l'ont recouverte d'une couche de semi-conducteur organique. Grâce à cette invention ingénieuse, lorsque le superfluide passe à l'état supersolide, il émet une lumière présentant des franges brillantes régulièrement espacées. Chaque impulsion laser dirigée sur l'échantillon expérimental a produit des franges brillantes à des emplacements variables, confirmant la transition.
L'équipe a enregistré simultanément deux formes distinctes d'ordre spatial, visibles dans la polarisation et dans l'intensité lumineuse. Guillaume Malpuech, professeur à l'Institut Pascal (CNRS), a décrit cette variation des franges comme un cas d'école de brisure spontanée de symétrie, rappelant que la théorie prévoyait que le supersolide pouvait sélectionner parmi plusieurs états équivalents.
Limites de fonctionnement et accordabilité électrique jusqu'à 60 °C
La fabrication et les tests du système ont imposé de strictes contraintes physiques, car le semi-conducteur organique réagissait chimiquement avec le cristal liquide. Des techniciens d'IBM Research Zurich ont déposé de fines couches de semi-conducteur organique sur des structures photoniques fabriquées par l'Université militaire de technologie, toutes les mesures devant être achevées dans les quelques heures suivant l'assemblage du dispositif.
Contrairement aux dispositifs classiques qui exigent des températures proches du zéro absolu, les structures photoniques restent fonctionnelles à température ambiante. Wiktor Piecek, professeur à l'Université militaire de technologie, a indiqué que les microcavités de l'équipe fonctionnent même à des températures approchant 60 °C. Parce que le dispositif réagit à une tension électrique externe, cette innovation scientifique offre une plateforme pour contrôler les phases quantiques dans les futurs matériels photoniques quantiques, une avancée qui devrait faire l'objet d'un futur dépôt de brevet, selon des résultats publiés dans la revue Science Advances.
À lire aussi sur The Patent : Déverrouiller la soie d'araignée pour transformer une protéine liquide en fibres solides · De la glace de spin anti-colloïdale créée avec des champs magnétiques rotatifs
