Gaz quantique supercristallin bidimensionnel

28.08.2021

En plus des états de base connus de la matière, l'état d'un solide, d'un liquide, d'un gaz et d'un plasma, il existe de nombreux états plus exotiques qui ne peuvent être obtenus que dans l'imagination ou en laboratoire. L'un de ces états, connu sous le nom de supercristal, a "attiré" l'imagination des scientifiques il y a plusieurs années, et ce n'est que récemment que des chercheurs de l'Université d'Innsbruck, pour la première fois dans l'histoire des sciences, ont réussi à créer un tel supercristal dans leur laboratoire, d'ailleurs, sous une forme encore plus exotique, sous la forme d'un cristal quantique supercristallin bidimensionnel.

Un supercristal est un peu différent de ce que l'on pourrait imaginer, d'après son nom. Essentiellement, les atomes d'un supercristal forment une structure cristalline solide, tout comme dans les formes cristallines ordinaires de la matière. Mais, parallèlement à cela, les atomes peuvent se déplacer, c'est-à-dire un supercristal peut s'écouler avec une viscosité nulle, comme un superfluide ou, comme on l'appelle aussi, un superfluide. Cela ressemble beaucoup à un paradoxe, mais théoriquement, la possibilité de l'existence d'une telle forme de matière a été étayée dans les années 1960 et, en 2017, la première confirmation expérimentale a été reçue.

Certains groupes de chercheurs ont réussi à former de petits supercristaux en utilisant le soi-disant condensat de Bose-Einstein (BEC). Ce condensat est un nuage d'atomes refroidi à une température ultra-basse. Et dans un tel état de la matière, ses propriétés quantiques viennent au premier plan, qui ne se manifestent généralement pas à une si grande échelle. L'une des principales caractéristiques est que tous les atomes qui composent le nuage de condensat existent simultanément en tous points du nuage, grâce à un phénomène quantique appelé délocalisation.

Dans les expériences précédentes, les particules de supercristaux résultantes étaient si petites qu'elles pouvaient être conditionnellement considérées comme unidimensionnelles, grâce à quoi les atomes du supercristal ne pouvaient circuler que dans une seule direction. Le groupe d'Innsbruck a donné une autre dimension à leur supercristal en utilisant le condensat de Bose-Einstein qu'ils utilisaient composé d'atomes de dysprosium. Les interactions magnétiques entre ces atomes les ont amenés à s'assembler en "gouttelettes" qui s'alignaient elles-mêmes comme des nœuds dans une grille bidimensionnelle.

En menant des recherches, les scientifiques ont déjà pu remarquer que dans le système qu'ils ont créé, dans un supercristal bidimensionnel, d'étranges tourbillons apparaissent parfois dans la zone vide entre les gouttelettes. Un tel phénomène a déjà été décrit plus haut en théorie, l'apparition de vortex est l'une des conséquences du phénomène de superfluidité, et ce cas est aussi la première fois dans l'histoire des sciences où les scientifiques ont pu observer tout cela avec leur propre les yeux.

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