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Science·2 min de lecture

Supersolide à température ambiante dans des microcavités à cristaux liquides

Des chercheurs de Varsovie, Zurich et du CNRS ont généré et contrôlé un supersolide à température ambiante, sans cryostat, grâce à des microcavités à cristaux liquides.

Laboratory setup with a liquid crystal optical microcavity producing interference fringes of light, used to create a supersolid at room temperature.
Image: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!
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Une équipe internationale a démontré qu'un supersolide, phase quantique exotique de la matière, peut être créé et contrôlé à température ambiante. Publiés dans Science Advances, ces travaux réunissent des chercheurs de l'Université de Varsovie, de l'Académie militaire de technologie (WAT), d'IBM Research Zurich et du CNRS.

Les structures restent pleinement fonctionnelles même chauffées à près de 60 °C, et leurs propriétés optoélectroniques peuvent être pilotées dynamiquement par une tension externe. Selon les auteurs, cela ouvre une voie simple vers la miniaturisation de circuits photoniques quantiques intégrés.

De la lumière et de la matière plutôt que des atomes ultrafroids

L'idée d'une phase supersolide remonte aux années 1960 : un réseau cristallin rigide coexisterait avec la superfluidité, un état sans viscosité. Elle n'a été observée en laboratoire qu'en 2017, dans des condensats de Bose-Einstein d'atomes ultrafroids.

L'équipe européenne a contourné la barrière cryogénique en remplaçant les atomes lents par des quasi-particules de lumière et de matière. Grâce au couplage fort entre des photons piégés dans une microcavité optique et des excitons, elle a créé des polaritons d'excitons hybrides. Leur durée de vie n'est que de quelques picosecondes, mais cela suffit à former un condensat de Bose-Einstein se comportant comme un superfluide quantique.

La transition a été repérée par l'émission de franges d'interférence brillantes, régulièrement espacées, ordonnées simultanément dans deux canaux indépendants : l'intensité lumineuse et la polarisation. Une preuve directe de la brisure spontanée de symétrie l'accompagnait. Selon le professeur Guillaume Malpuech, de l'Institut Pascal (CNRS), chaque impulsion laser produisait des franges à des positions aléatoires différentes, conformément aux prédictions théoriques : le système choisit un état fondamental parmi plusieurs équivalents.

Une course contre la chimie

Les microcavités, remplies d'un cristal liquide de composition spécifique, ont été conçues et fabriquées à la WAT, et l'équipe d'IBM Research Zurich y a déposé des couches ultraminces d'un semi-conducteur organique. Celui-ci réagissait lentement avec le cristal liquide : un échantillon ne restait stable que quelques heures. Toutes les mesures optiques devaient tenir dans cette fenêtre, et chaque répétition exigeait un nouvel échantillon.

Malgré cela, les résultats montrent que les microcavités à cristaux liquides, modulables par tension, constituent une plateforme souple pour explorer de nouvelles phases quantiques de la lumière et de la matière.

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