Les physiciens repoussent les limites du quantique en transformant pour la première fois un superfluide en supersolide – et inversement

Les scientifiques viennent d’observer une phase bizarre de la matière se transformer en une phase encore plus étrange. Pour la première fois, ils ont vu un superfluide se transformer en supersolide – une transition dont ils n’étaient même pas sûrs qu’elle soit possible.

Dans une étude du 28 janvier publiée dans la revue Natureles chercheurs ont observé un groupe d’excitons – des quasiparticules qui combinent un électron et un trou électronique – se transformant d’un superfluide en un supersolide et vice-versa. C’est la première fois que des excitons se condensent en un supersolide, subissant une transition de phase réversible, comme l’eau peut se transformer d’un liquide en glace et vice-versa.

Phases secrètes de la matière

Il y en a bien d’autres phases de la matière que les trois états typiques que nous rencontrons quotidiennement (gaz, liquides et solides), bien que la plupart de ces autres états de la matière n’existent que dans des conditions extrêmes. Les superfluides sont un type qui se produit uniquement lorsque certaines particules, comme les isotopes et les excitons de l’hélium, sont refroidies juste au-dessus. zéro absolu — l’absence totale de chaleur. Ce ne sont pas tout à fait des liquides – ils s’écoulent sans résistance de friction – et lorsqu’ils sont agités, ils forment de minuscules tornades éternelles appelées vortex quantiques.

Les supersolides, en revanche, sont un état de la matière qui existerait lorsque les superfluides sont encore plus refroidis. Ils conservent la viscosité nulle de la superfluidité, mais au lieu de particules se déplaçant dans une goutte semblable à un liquide, ils forment une structure ordonnée, comme un réseau cristallin, tout en conservant leur capacité à circuler et à former des vortex quantiques.

Des supersolides ont déjà été fabriqués en laboratoire, y compris en 2021, lorsque les chercheurs ont créé Dysprosium supersolide 2D et en 2024, lorsqu’ils ont observé des vortex quantiques dans un supersolide. Cependant, ils n’y sont parvenus qu’en utilisant un équipement et une énergie supplémentaires pour forcer les particules à former un réseau ordonné. La nouvelle étude, en revanche, démontre une transition de phase naturelle.

« Pour la première fois, nous avons vu un superfluide subir une transition de phase pour devenir ce qui semble être un supersolide. » Cory Doyenphysicien à l’Université de Columbia et co-auteur de l’étude, a déclaré dans un déclaration.

Explorer de nouvelles frontières

Pour ce faire, les chercheurs ont rapproché deux morceaux de graphène, qui ressemblent à une très fine feuille de papier entièrement composée d’atomes de carbone. Ensuite, ils ont ajouté un champ magnétique puissant et refroidi le système pour former une « soupe » d’excitons.

Lorsqu’ils sont refroidis entre 2,7 et 7,2 degrés Fahrenheit (1,5 à 4 degrés Celsius) au-dessus du zéro absolu, les excitons forment un superfluide. Lorsqu’ils sont refroidis plus que cela, les excitons se transforment en une nouvelle phase mystérieuse et électriquement isolante que l’équipe soupçonne être l’état supersolide théorisé.

« La superfluidité est généralement considérée comme l’état fondamental à basse température. » Jia Liphysicien à l’Université du Texas à Austin et co-auteur de l’étude, a déclaré dans le communiqué. « L’observation d’une phase isolante qui fond dans un superfluide est sans précédent. Cela suggère fortement que la phase à basse température est un solide exciton très inhabituel. »

L’équipe étudie d’autres matériaux à tester et trouve de nouvelles façons de mesurer et d’étudier l’état supersolide de l’exciton.

« Pour l’instant, nous explorons les limites autour de cet état isolant, tout en construisant de nouveaux outils pour le mesurer directement », a déclaré Dean. Des études plus approfondies aideront les scientifiques à comprendre le comportement des supersolides et des superfluides, à approfondir notre compréhension de la physique des particules et à travailler sur des applications de supersolides à plus haute température.

Sources des articles

Zeng, Y., Sun, D., Zhang, NJ, Nguyen, RQ, Shi, Q., Okounkova, A., Watanabe, K., Taniguchi, T., Hone, J., Dean, CR et Li, JIA (2026). Observation d’une transition superfluide-isolant d’excitons bicouches. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09986-w

Anissa Chauvin

Je m'appelle Anissa, rédactrice passionnée au cœur battant pour Reveil Citoyen Media. Mon parcours, de la plume lycéenne aux salles de rédaction, est guidé par une curiosité insatiable et le désir ardent de révéler les vérités cachées. Chaque article que je rédige est une invitation à réfléchir, à questionner et, surtout, à agir pour un monde meilleur.

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