La découverte de la supraconductivité et sa réalisation expérimentale sont deux des avancées les plus importantes en physique et en ingénierie du siècle dernier. Néanmoins, leurs caractéristiques statistiques et dynamiques n'ont pas encore été entièrement comprises. Une équipe de chercheurs du Centre de physique théorique des systèmes complexes, au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud), a modélisé le comportement énergétique de réseaux chaotiques d'éléments supraconducteurs (grains), séparés par des jonctions non supraconductrices, et découvert des propriétés statistiques inattendues à la longue, mais toujours des échelles de temps finies. Leurs conclusions sont publiées dans Lettres d'examen physique .

Un certain nombre de découvertes pionnières en mécanique statistique sont nées de la remise en question de l'applicabilité de concepts abstraits de base aux systèmes physiques et aux dispositifs expérimentaux. Un exemple notable est l'hypothèse ergodique, qui suppose qu'avec le temps, un système visite presque tous les micro-états disponibles de l'espace des phases, et que la moyenne temporelle infinie de toute quantité mesurable du système correspond à sa moyenne spatiale des phases. En bref, c'est la raison pour laquelle la glace fond dans une casserole d'eau. Et il le fera plus rapidement si l'eau est plus chaude. Les scientifiques ont trouvé des moyens de vérifier la validité ou l'échec de l'hypothèse ergodique sur la base de mesures en temps fini.

Dirigé par Sergej Flach, les chercheurs de l'IBS ont développé une méthode efficace pour extraire des estimations précises des échelles de temps pour l'ergodicité (temps d'ergodisation inventé). Cette méthode a été appliquée avec succès aux réseaux classiques de grains supraconducteurs faiblement couplés par des jonctions Josephson.

L'équipe a découvert que dans ces réseaux, l'échelle de temps d'ergodisation devient vite énorme, bien qu'il reste fini, lors de l'augmentation de la température du système. Au lieu, les échelles de temps nécessaires au développement de la chaotique restent pratiquement inchangées par rapport à celle de l'ergodisation. C'est très surprenant, comme l'ergodicité est inextricablement liée au chaos, et leurs échelles de temps respectives doivent également être strictement liées. Au niveau de la glace, cela signifie que plus l'eau devient chaude, plus il faut de temps pour que les glaçons fondent. Les chercheurs de l'IBS ont montré numériquement que des fluctuations de température plus élevées entravent fortement leur propre méandre dans le système. Ainsi, un processus de plus en plus lent retarde drastiquement l'ergodisation du système. L'équipe a qualifié cette découverte de "verre dynamique".

"En augmentant la température, nos études ont révélé l'émergence de zones chaotiques itinérantes parmi des régions gelées et apparemment inertes. Le nom de verre dynamique découle de cette fragmentation même, comme le mot « dynamique » suggère le développement rapide du chaos, tandis que le mot « verre » désigne des phénomènes qui nécessitent une échelle de temps extrêmement longue mais finie pour se produire, " explique Carlo Danieli, un membre de l'équipe.

La compréhension du mécanisme et des échelles de temps nécessaires au développement de l'ergodicité et de la chaotique est au cœur même d'un grand nombre d'avancées récentes en physique de la matière condensée. L'équipe s'attend à ce que cela ouvre la voie à l'évaluation de plusieurs problèmes non résolus dans de nombreux systèmes corporels, de la conductivité thermique anormale à la thermalisation.

Les chercheurs s'attendent également à ce que le verre dynamique observé soit une propriété générique des réseaux de grains supraconducteurs via le couplage Josephson quelle que soit leur dimensionnalité spatiale. Par ailleurs, on suppose qu'un large ensemble de systèmes à N corps faiblement non intégrables se transforme en verres dynamiques lorsqu'ils approchent des régimes de température spécifiques. Une tâche tout aussi charmante et stimulante est l'aspiration de l'équipe à démontrer l'existence d'un verre dynamique dans les systèmes quantiques à plusieurs corps, et établir sa connexion avec les phénomènes de localisation à plusieurs corps.

Flach dit, "Nous nous attendons à ce que ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour évaluer et comprendre les phénomènes liés à la localisation à plusieurs corps et à la vitrerie dans un grand nombre de systèmes à plusieurs corps faiblement non intégrables."