Des chercheurs dirigés par Francesca Ferlaino de l'Université d'Innsbruck et de l'Académie autrichienne des sciences rapportent dans Examen physique X sur l'observation du comportement des supersolides dans les gaz quantiques dipolaires d'erbium et de dysprosium. Dans le gaz dysprosium, ces propriétés ont une durée de vie sans précédent. Cela ouvre la voie à de futures recherches sur la nature de cette phase exotique de la matière.

La supersolidité est un état paradoxal où la matière est à la fois cristallisée et superfluide. Prédit il y a 50 ans, une phase aussi contre-intuitive, présentant des propriétés plutôt antithétiques, a longtemps été recherchée dans l'hélium superfluide. Cependant, après des décennies d'efforts théoriques et expérimentaux, une preuve sans ambiguïté de la supersolidité de ces systèmes fait toujours défaut. Deux équipes de recherche dirigées par Francesca Ferlaino, un à l'Institut de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck et un à l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences, rapportent maintenant l'observation des caractéristiques de cet état exotique dans les gaz atomiques ultrafroids.

Alors que jusqu'à présent la plupart des travaux se sont concentrés sur l'hélium, les chercheurs se sont récemment tournés vers les gaz atomiques, en particulier ceux avec de fortes interactions dipolaires. L'équipe de Francesca Ferlaino étudie depuis longtemps les gaz quantiques constitués d'atomes à fort caractère dipolaire. "Des expériences récentes ont révélé que ces gaz présentent des similitudes fondamentales avec l'hélium superfluide, " dit Lauriane Chomaz, se référant aux réalisations expérimentales à Innsbruck et à Stuttgart au cours des dernières années. "Ces caractéristiques jettent les bases pour atteindre un état où plusieurs dizaines de milliers de particules du gaz s'organisent spontanément en une structure cristalline autodéterminée tout en partageant la même fonction d'onde macroscopique, caractéristiques de la supersolidité."

Les chercheurs d'Innsbruck ont ​​créé expérimentalement des états montrant ces caractéristiques de supersolidité en ajustant la force d'interaction entre les particules, dans les gaz quantiques erbium et dysprosium. "Alors qu'à l'erbium le comportement du supersolide n'est que transitoire—conformément aux belles expériences récentes à Pise et à Stuttgart—notre réalisation de dysprosium montre une stabilité sans précédent, " dit Francesca Ferlaino. " Ici, le comportement supersolide non seulement dure longtemps, mais peut également être obtenu directement via le refroidissement par évaporation, à partir d'un échantillon thermique." Comme souffler sur une tasse de thé, le principe ici est d'éliminer les particules qui transportent le plus d'énergie pour que le gaz devienne de plus en plus froid et atteigne finalement un état stationnaire de dégénérescence quantique avec des propriétés supersolides à l'équilibre thermique.

Cela offre des perspectives intéressantes pour des expériences et des théories dans un avenir proche, car l'état supersolide dans ce cadre est peu affecté par la dynamique dissipative ou les excitations, ouvrant ainsi la voie à l'exploration de son spectre d'excitation et de son comportement superfluide. Le travail a été soutenu financièrement par le Fonds autrichien pour la science FWF, l'Académie autrichienne des sciences, et l'Union européenne.