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Recherche de la nature de supersolidité. – SuperDur

Résumé de soumission

Objectifs : Etude de la « supersolidité », c'est-à-dire de la superfluidité éventuelle d'un solide, par des méthodes acoustiques et hydrodynamiques complétées par des mesures de structure en rayons X et en diffusion de neutrons. En 2004 en effet, KIm et Chan (Penn State Univ. 2004-2006) ont proposé que la supersolidité était responsable des anomalies du moment d'inertie de l'hélium solide qu'ils ont découvertes. Ces anomalies ont été confirmées aux USA et au Japon, et des résonances acoustiques inattendues ont été découvertes dans l'hélium solide au CEA Saclay (équipe Moukharski-Varoquaux). Mais en 2006 l'équipe dirigée par S. Balibar à l'ENS (Paris) a effectué une mesure d'écoulement continu suggérant que la supersolidité était due à l'existence de joints de grains permettant un écoulement de masse dans des échantillons polycristallins Nous souhaitons clarifier le rôle des défauts (lacunes, joints de grains, dislocations) dans la supersolidité. - Méthodes : L'équipe de Saclay dispose d'une méthode d'excitation et de détection de résonances acoustiques d'une très grande précision permettant des mesures en alternative qui sont différentes des mesures de pendule de torsion utilisées par Kim et Chan. Elle permet en particulier de faire varier indépendamment la fréquence et l'amplitude du mouvement de matière. L'équipe de l'ENS Paris a une longue expérience de croissance et contrôle des cristaux d'hélium, ainsi qu'un cryostat à accès optique permettant des mesures d'écoulement avec contrôle visuel de l'existence de défauts. Elle propose de se concentrer sur la physique des joints de grains dans ces cristaux quantiques : mesure de leur énergie, de leur densité dans des échantillons préparés de différentes manières, de leur température de transition superfluide prévue par différentes simulations numériques récentes, ainsi que de leur vitesse critique d'écoulement. En rayons X, A. Braslau (Saclay) propos de mesurer la variation en température du paramètre de maille de l 'hélium cristallin afin de déterminer s'ils contiennent des lacunes dans la limite de temperature nulle. Une analyse de la largeur des pics de Bragg devrait aussi permettre de determiner la densité de défauts si celle-ci es suffisamment grande. Enfin, en diffusion inélastique de neutrons, J. Bossy (Grenoble) possède une longue expérience de travail sur l'hélium et propose de mesurer la dispersion des phonons dans l'hélium cristallin, afin de determiner si la déviation observée à une variation en T^3 de la chaleur spécifique est due à des lacunes quantiques (comme l'ont proposé Anderson, Brinkman et Huse en 2005) ou a cette dispersion comme le propose Maris en 2007. Résultats attendus : - Mesure de la supersolidité (température et vitesse critique) par des méthodes acoustiques, distinction entre effets d'amplitude et effets de fréquence. - mesure de l'énergie, de la transition superfluide et de la vitesse critique d'écoulement superfluide dans un joint unique entre grains d'hélium solide - mesure du paramètre de maille des cristaux d'hélium à basse température, afin de déterminer si ces cristaux sont « incommensurables », c'est-à-dire si leur état fondamental contient des lacunes à T=0. - mesure de la dispersion des phonons dans les cristaux d'hélium afin de résoudre le problème posé par la variation en température de leur chaleur spécifique. - ...

Coordination du projet

Iouri MOUKHARSKI (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY

Aide de l'ANR 300 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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