Résistance électrique nulle à température ambiante ? Un matériau avec cette propriété, c'est-à-dire un supraconducteur à température ambiante, pourrait révolutionner la distribution d'énergie. Mais si loin, l'origine de la supraconductivité à haute température n'est qu'incomplètement comprise. Des scientifiques de l'Universität Hamburg et du cluster d'excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" ont réussi à observer des preuves solides de superfluidité dans un système de modèle central, un nuage de gaz bidimensionnel pour la première fois. Les scientifiques rendent compte de leurs expériences dans le journal Science , qui permettent d'étudier les problèmes clés de la supraconductivité à haute température dans un système modèle très bien contrôlé.

Il y a des choses qui ne sont pas censées arriver. Par exemple, l'eau ne peut pas s'écouler d'un verre à l'autre à travers la paroi de verre. Étonnamment, la mécanique quantique le permet, à condition que la barrière entre les deux liquides soit suffisamment mince. En raison de l'effet tunnel de la mécanique quantique, les particules peuvent pénétrer la barrière, même si la barrière est supérieure au niveau des liquides. Plus remarquable encore, ce courant peut même circuler lorsque le niveau des deux côtés est le même ou le courant doit circuler légèrement en montée. Pour ça, cependant, les fluides des deux côtés doivent être superfluides, c'est-à-dire qu'ils doivent pouvoir contourner les obstacles sans friction.

Ce phénomène marquant a été prédit par Brian Josephson lors de sa thèse de doctorat, et c'est d'une importance si fondamentale qu'il a reçu le prix Nobel pour cela. Le courant n'est entraîné que par la nature ondulatoire des superfluides et peut, entre autres, assurez-vous que le superfluide commence à osciller entre les deux côtés, un phénomène connu sous le nom d'oscillations de Josephson.

L'effet Josephson a été observé pour la première fois en 1962 entre deux supraconducteurs. Dans l'expérience, en analogie directe avec le débit d'eau sans différence de niveau, un courant électrique pourrait circuler à travers un contact tunnel sans tension appliquée. Avec cette découverte, une preuve impressionnante avait été apportée que la nature ondulatoire de la matière dans les supraconducteurs peut être observée même au niveau macroscopique.

Maintenant, pour la première fois, les scientifiques du groupe du professeur Henning Moritz ont réussi à observer les oscillations de Josephson dans un gaz de Fermi bidimensionnel (2-D). Ces gaz de Fermi consistent en un « souffle de rien, " à savoir un nuage de gaz de quelques milliers d'atomes seulement. S'ils sont refroidis à quelques millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu, ils deviennent superflus. Ils peuvent maintenant être utilisés pour étudier les superfluides dans lesquels les particules interagissent fortement les unes avec les autres et ne vivent que dans deux dimensions - une combinaison qui semble être au cœur de la supraconductivité à haute température, mais qui n'est encore qu'incomplètement compris.

"Nous avons été étonnés de voir à quel point les oscillations de Josephson étaient clairement visibles dans notre expérience. C'est une preuve claire de la cohérence de phase dans notre gaz de Fermi 2D ultrafroid, " explique le premier auteur Niclas Luick. " Le degré élevé de contrôle que nous avons sur notre système nous a également permis de mesurer le courant critique au-dessus duquel la superfluidité se décompose. "

"Cette percée nous ouvre de nombreuses nouvelles opportunités pour mieux comprendre la nature des superfluides 2D fortement corrélés, " dit le Pr Moritz, « Ceux-ci sont d'une importance exceptionnelle dans la physique moderne, mais très difficile à simuler théoriquement. Nous sommes heureux de contribuer à une meilleure compréhension de ces systèmes quantiques avec notre expérience."