La première observation d'un matériau présentant une phase supersolide de matière

Crédit :*Nature* (2024). DOI :10.1038/s41586-023-06885-w

Grâce à des recherches expérimentales, une équipe de physiciens affiliés à plusieurs institutions chinoises a observé pour la première fois un matériau dans une phase supersolide de la matière. Dans leur article publié dans la revue Nature , le groupe décrit les expériences qu'ils ont menées pour accomplir cet exploit et ses implications. Nature a publié un résumé de recherche dans le même numéro de revue décrivant le travail effectué par l'équipe dans le cadre de cet effort.

Un supersolide est un matériau apparemment contradictoire :il est défini comme rigide, mais il possède également une superfluidité, dans laquelle un liquide s'écoule sans friction. Dans les années 1970, les travaux théoriques d’Anthony Leggett suggéraient qu’un tel matériau pourrait être possible. Mais jusqu'à présent, personne n'a été capable de le trouver dans la nature ou de le synthétiser en laboratoire.

Pour créer un supersolide, les chercheurs impliqués dans cette nouvelle étude ont commencé avec un composé appelé NBCP :il possède l'attribut unique d'atomes disposés en réseaux triangulaires. Cela signifie, a découvert l'équipe de recherche, que s'il est placé dans un champ magnétique, tous ses atomes tourneront dans la même direction.

Mais lorsque l’aimant est retiré, les atomes tentent tous de s’orienter avec une rotation opposée à celle de leur voisin – mais comme ils sont disposés en triangle, une « frustration » surgit en raison des orientations possibles limitées. Cette observation suggère que dans de bonnes conditions, le NBCP pourrait exister sous forme de supersolide.

Pour créer les conditions adéquates, les chercheurs ont construit un appareil permettant de mesurer l'effet magnétocalorique lorsque le matériau est exposé à un champ magnétique sans crainte de fuites de chaleur. Cela leur a permis de cartographier l’état d’entropie, ce qui leur a permis de détecter les états de spin des atomes et leurs transitions. Ils ont comparé les résultats avec les calculs théoriques et ont déterminé qu'ils étaient sur la bonne voie.

Ils ont ensuite effectué des mesures de diffraction neutronique et les ont comparées aux calculs théoriques, et ont de nouveau trouvé un accord. Ensemble, ces mesures leur ont permis de conclure qu'ils avaient observé un matériau dans son état supersolide.

Cette observation devrait ouvrir de nouvelles possibilités pour étudier les phénomènes quantiques et simuler de nouveaux matériaux.

Plus d'informations : Junsen Xiang et al, Effet magnétocalorique géant dans le candidat supersolide de spin Na2BaCo(PO4)2, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-023-06885-w

Spin supersolide avec effet magnétocalorique géant promet une nouvelle voie vers un refroidissement extrême, Nature (2024). DOI :10.1038/d41586-023-04102-2. www.nature.com/articles/d41586-023-04102-2

Informations sur le journal : Nature