Les supersolides sont des matériaux étranges qui se comportent à la fois comme un solide et un liquide en raison des effets quantiques – et maintenant les chercheurs ont créé un nouveau type de supersolide intrigant à partir de lumière laser
La lumière a été transformée en un matériau étrange appelé supersolide
Un solide étrange qui peut couler comme un fluide a été créé à partir de lumière pour la première fois. L'étudier aidera les chercheurs à mieux comprendre les états quantiques exotiques de la matière.
«Nous avons en fait fait de la lumière un solide. C'est assez génial », explique Dimitris Trypogeorgos au Conseil national de recherche (CNR) en Italie. Il note que Daniele Sanvitto, également au CNR, a montré à quel point la lumière pouvait devenir un liquide il y a plus de dix ans. Désormais, Trypogeorgos, Sanvitto et leurs collègues ont utilisé la lumière pour fabriquer non plus n'importe quel solide, mais un «supersolide» quantique.
Les supersolides ont simultanément une viscosité nulle et une structure de type cristal semblable à la disposition des atomes dans les cristaux de sel. Ces matériaux étranges n'ont pas de homologue en dehors du domaine quantique. Pour cette raison, ils n'ont précédemment été créés que dans des expériences avec des atomes refroidis à des températures extrêmement basses, où les effets quantiques autrement négligeables deviennent dominants.
Mais dans cette expérience, les chercheurs ont remplacé des atomes ultracolds par l'arséniure de gallium en aluminium semi-conducteur et un laser.
Ils ont brillé le laser sur un petit morceau du semi-conducteur qui avait un motif de crêtes étroites. Les interactions complexes entre la lumière et le matériau ont finalement formé un type de particule hybride appelée polariton. Le motif de crête a limité la façon dont ces «quasiparticules» pouvaient bouger et quelles énergies ils pourraient avoir de telle manière que les polaritons ont formé une supersolide.
Sanvitto dit que l'équipe a dû mesurer très précisément suffisamment de propriétés de cette lumière piégée et transformée pour prouver qu'elle était à la fois solide et fluide sans viscosité. C'était un défi car les scientifiques n'avaient jamais créé et évalué expérimentalement un supersolide en lumière auparavant, dit-il.
La nouvelle expérience contribue à la compréhension générale des physiciens de la façon dont la matière quantique peut changer son état en passant par une transition de phase, explique Alberto Bramati à l'Université de Sorbonne en France. L'équipe a clairement démontré qu'elle avait fait un supersolide, mais de nombreuses autres mesures doivent être faites pour comprendre ses propriétés, dit-il.
Trypogeorgos affirme que les supersolides à base de lumière peuvent être plus faciles à manipuler que ceux précédemment créés avec des atomes, ce qui pourrait faire de l'expérience de son équipe un premier pas vers la compréhension d'une multitude de types de matière anciens et surprenants.
«Nous sommes vraiment au début de quelque chose de nouveau», dit-il.
