UN SUPERSOLIDE À TEMPÉRATURE AMBIANTE

En 1956, selon l’article, Penrose et Onsager posaient une question étrange : un même état de la matière peut-il être à la fois un cristal, aux particules rangées en réseau régulier, et un condensat, aux particules partageant une seule onde quantique et s’écoulant sans frottement ? Un tel état s’appelle un supersolide.

Les premières signatures expérimentales nettes sont venues en 2017, dans des nuages d’atomes ultrafroids, puis dans des gaz quantiques dipolaires qui se fragmentent en réseaux réguliers de gouttelettes. On a depuis observé leurs vibrations, des réseaux à deux dimensions et même des tourbillons quantifiés. Mais tous ces supersolides n’existent qu’à quelques nanokelvins, des milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu, et réclament de lourds dispositifs de refroidissement et de vide.

Mi-lumière, mi-matière

Un moyen de contourner le froid est le polariton excitonique, une quasi-particule hybride, en partie lumière et en partie matière. Parce que les polaritons sont sans cesse injectés et sans cesse perdus, ils peuvent entretenir une cohérence quantique collective à bien plus haute température. Des condensats et des superfluides de polaritons fonctionnent déjà à température ambiante dans des matériaux organiques et des pérovskites. Un supersolide de polaritons avait récemment été obtenu dans des cristaux photoniques — mais avec des semi-conducteurs classiques, à température cryogénique.

Yuanhao Gong, Jingwen Ma et leurs collègues, sous la direction de Xiaobo Yin et Xiang Zhang à l’université de Hong Kong, ont réuni les deux ingrédients. Ils ont fait croître de minces monocristaux d’une pérovskite au bromure de plomb, le MAPbBr₃, choisi un film de 70 nanomètres d’épaisseur et l’ont posé sur un cristal photonique : une couche de nitrure de silicium gravée d’un motif qui se répète tous les 290 nanomètres. Ce motif façonne les chemins possibles de la lumière : un mode de haute qualité au repos, et une paire de modes qui voyagent en sens opposés.

Deux seuils

Les chercheurs ont pompé le dispositif avec des impulsions laser femtosecondes et observé la lumière émise.

• À 13,14 µJ/cm², un condensat s’est formé dans le mode au repos.
• À 15,89 µJ/cm², de la lumière est soudain apparue dans les deux modes opposés. Le condensat les alimentait par un processus non linéaire dit « paramétrique » — les auteurs montrent que les courbes de croissance changent exactement comme ce processus le prévoit. Remplir une paire d’ondes opposées brise la symétrie lisse et uniforme du fluide : c’est le début du supersolide.

Émission sous le seuil (a), au seuil de condensation (b) et au seuil supersolide (c), où des taches brillantes apparaissent à deux impulsions opposées ψ₁(±k), à l’énergie du condensat. — Figure 2, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.

Un cristal qui n’est pas gravé dans la puce

Photographié directement, le fluide lumineux montre des bandes régulières espacées de 3,33 micromètres, proche des 3,46 prévus. Cette période n’a rien à voir avec le motif de 290 nanomètres de la puce : l’ordre n’est pas une empreinte de la gravure, il naît des interactions elles-mêmes. Et il est souple : quand la densité augmente, l’espacement change continûment.

Pour vérifier le versant quantique, l’équipe a mesuré la corrélation entre la lumière des deux modes opposés, avec deux détecteurs de photons uniques. À délai nul, elle valait 1,0121, très proche de 1, signature d’une cohérence entre les deux modes. Ordre cristallin et cohérence globale réunis : pour les auteurs, la preuve définitive d’un supersolide à température ambiante.

À gauche : le supersolide en espace réel, un motif de bandes qui s’étend sur le condensat. À droite : la corrélation entre les deux modes opposés, 1,0121 à délai nul. — Figure 4, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.

De l’hydrodynamique à la lumière quantique

Le dispositif fonctionne par impulsions et perd sans cesse de la lumière : ce supersolide vit hors équilibre, contrairement à ses cousins atomiques. Des préprints antérieurs, cités par les auteurs, visaient déjà la supersolidité à température ambiante ; celui-ci revendique une observation directe des deux ordres. Prochaines étapes : des motifs à deux dimensions, des tourbillons supersolides, les vibrations qui révèlent sa rigidité — et, puisque la diffusion qui construit le supersolide est elle-même une source de lumière non classique, une source compacte sur puce de lumière comprimée et intriquée.