Un cristal liquide d'hélium express
L'hélium sur du graphite se comporte comme un acrobate qui glisse sur un câble tout en gardant sa posture. À des températures de 30 millikelvins (soit cent fois plus froid que dans l'espace interstellaire), la deuxième couche d'hélium sur le graphite a acquis de nouvelles propriétés : elle s'écoule sans frottement et résiste à la compression, comme du miel épais. Auparavant, ces mesures étaient effectuées sur différents échantillons, et les résultats ne concordaient pas. Désormais, sur un même morceau de graphite, on a mesuré simultanément comment l'hélium oscille et comment il absorbe la chaleur. Il s'est avéré que la nouvelle phase n'existe que dans une plage étroite de densité — comme une étagère dans une armoire qui ne peut contenir qu'un certain nombre de livres.
Cette découverte soutient l'hypothèse d'un cristal liquide superfluide : une substance qui combine la fluidité d'un liquide avec l'ordre d'un cristal, comme des soldats marchant au pas. Les scientifiques ont également analysé pourquoi la densité superfluide varie avec la température selon une loi logarithmique. Il s'est avéré que les défauts à la surface du graphite en sont responsables — de minuscules irrégularités qui agissent comme un réseau aléatoire de liaisons faibles. C'est comme un sol parsemé de petits cailloux : on peut rouler dessus, mais en rebondissant légèrement.
Cette phase de l'hélium est un exemple rare d'état quantique que l'on peut étudier en laboratoire. Elle pourrait aider à comprendre comment se comportent les liquides superfluides dans les matériaux poreux, ou même dans les étoiles à neutrons, où la matière se trouve dans des conditions extrêmes. Et l'acrobate sur le câble continue de surprendre : il ne se contente pas de glisser, il garde aussi l'équilibre.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.05719
Evidence for a new type of superfluid phase in second-layer $$^4$$He on graphite has been obtained from simultaneous measurements of torsional-oscillator response and heat-capacity on exactly the same sample down to 30 mK, which resolve substrate-related uncertainties in the previous studies. The new phase hosts both superfluidity and enhanced viscoelasticity, and is stable over a finite density interval, strongly supporting the proposed superfluid liquid-crystal hypothesis. A random-Josephson-network analysis shows that the widely reported log-$$T$$ dependence of the superfluid density is likely due to substrate imperfections.
La température de 30 millikelvins équivaut à -273,12°C, soit seulement 0,03 degré au-dessus du zéro absolu. À une telle température, même la lumière semble ralentir.
Dans le roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », les liquides superfluides sont utilisés pour créer des ordinateurs quantiques capables d'exister dans plusieurs états simultanément.