Des physiciens créent une matière à la fois solide et fluide sans grand froid, grâce à ce matériau

Plus besoin de frôler le zéro absolu pour observer un état quantique aussi exotique qu’un supersolide. Une équipe internationale de physiciens vient de produire ce phénomène à température ambiante, grâce à un simple cristal liquide. Une avancée qui change la donne pour la recherche quantique et ses futures applications.

Un cristal liquide low-cost fait ce que la cryogénie ne pouvait pas

Un supersolide, c’est une contradiction apparente devenue réalité en physique quantique. Imaginez une matière capable de s’écouler comme un liquide, sans aucune résistance, tout en conservant une structure cristalline répétitive, comme un solide. C’est exactement cet état que des chercheurs ont réussi à créer, au sein de ce qu’on appelle un condensat de Bose-Einstein d’excitons-polaritons.

Jusqu’ici, obtenir ce genre d’état quantique exigeait des installations de refroidissement cryogénique, lourdes et coûteuses. Le dispositif présenté ici s’en affranchit totalement. Il repose sur une microcavité à cristaux liquides, un matériau qui se pilote simplement par tension électrique.

Selon Wiktor Piecek, de la Military University of Technology en Pologne, cette microcavité peut fonctionner jusqu’à environ 60 degrés Celsius. Autant dire que l’on est loin des exigences habituelles de la physique des états quantiques exotiques.

Le procédé associe ce cristal liquide, contrôlable par tension, à un semi-conducteur organique qui interagit fortement avec la lumière. L’ensemble est excité par des impulsions laser, ce qui déclenche l’apparition du supersolide. Une combinaison simple sur le papier, mais qui ouvre une porte restée fermée pendant des années.

Des rayures qui se recréent à chaque impulsion laser, preuve d’un phénomène intrinsèque

La partie cristalline du supersolide se manifeste sous la forme de rayures, visibles au sein du condensat. Et c’est là que les choses deviennent intéressantes : à chaque nouvelle impulsion laser, ces rayures réapparaissent, mais positionnées différemment à chaque fois.

Ce détail n’a rien d’anodin. Il démontre que le phénomène n’est pas dicté par la microcavité elle-même, mais qu’il émerge spontanément de la matière. Guillaume Malpuech, du CNRS, souligne qu’il s’agit là d’un exemple classique de brisure spontanée de symétrie, un concept théorique que les physiciens cherchaient justement à confirmer expérimentalement.

Les particules individuelles composant ce condensat ne duraient que des fractions de seconde. Un laps de temps qui paraît dérisoire, mais qui s’est révélé suffisant pour permettre aux chercheurs d’observer et de documenter le phénomène avec précision.

Pour s’assurer que ces observations n’étaient pas le fruit du hasard, l’équipe a répété l’expérience sur plusieurs échantillons. Les résultats ont ensuite été confirmés par des simulations informatiques, apportant une double validation à cette découverte.

Un échantillon jetable pour chaque expérience : le prix caché de cette prouesse quantique

Cette avancée a tout de même un coût pratique. L’état quantique recherché reste de courte durée, car les matériaux utilisés se dégradent avec le temps. En cause : le semi-conducteur organique réagit chimiquement avec le cristal liquide au fil des utilisations.

Marcin Muszyński, du City College of New York, précise que chaque expérience nécessitait la fabrication d’un nouvel échantillon. Rien ne pouvait être improvisé : toute la séquence expérimentale devait être planifiée à l’avance, échantillon après échantillon.

Un fonctionnement presque artisanal, à mille lieues de l’image que l’on se fait parfois de la physique quantique de pointe. Mais c’est aussi ce qui rend la démonstration convaincante : le phénomène a été reproduit, échantillon neuf après échantillon neuf.

Les résultats de ces expériences, menées par une équipe internationale de chercheurs, ont été publiés dans Science Advances. Ils ouvrent la voie à des applications plus concrètes de la technologie quantique dans les systèmes informatiques et les capteurs de pointe.

Et c’est peut-être la partie la plus significative de cette histoire : la physique quantique exotique n’a plus besoin de laboratoires glacés pour exister.