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Observation d’hélium solide métastable sous sa pression de fusion.

Il n’est possible de porter des cristaux solides dans un état métastable par rapport à la fusion que si la fusion à partir de la surface est évitée. Des métaux surchauffés ont effectivement été obtenus en en incorporant de petits échantillons dans des matrices soigneusement choisies. Grâce à la constance de sa pression de fusion à basse température, l’hélium solide hexagonal compact offre la possibilité unique de réaliser un solide métastable par l’intermédiaire de variations de pression. En utilisant une onde sonore focalisée, il est possible d’obtenir de larges variations de pression, tant négatives que positives, loin de tout interface. Dans le solide hexagonal, la vitesse du son est anisotrope de sorte qu’un émetteur piézo-électrique dédié a été conçu et réalisé au LKB. L’amplitude de l’onde est suffisamment faible pour ne pas fondre le cristal à la surface de l’émetteur, mais au cours de la propagation l’amplitude augmente et des pressions inférieures à la pression de fusion statique sont obtenues au cœur du solide. La pression est mesurée via les modifications de l’indice de réfraction du milieu par une méthode d’imagerie interférométrique. Le résultat principal de ce travail est illustré par la figure : de l’hélium solide a été produit et observé entre –2 et -4 bar sous la ligne de coexistence solide-liquide. Un résultat collatéral est que le cristal semble devenir instable au delà de ces valeurs.

Ces résultats s’inscrivent dans le cadre d’une tentative de réalisation du scénario d’Andreev de la supersolidité. Ils ont été publiés dans Europhysics Letters en tant que Editor’s choice et repris comme Highlight dans Europhysics News.

Références  :

Observation of metastable hcp solid helium, F. Souris et al., 2011, EPL, 95, 66001 et Europhysics news Vol. 42 No 6 – Highlights

Time resolved quantitative multiphase interferometric imaging of a highly focused ultasound pulse, Souris F. et al., Applied optics, 49, 6127-6133, 2010.

Légende figure : Diagramme de phase partiel de l’hélium indiquant les pressions minimum obtenues à différentes températures entre 1,1 K et 1,4 K. Le domaine solide métastable est sous la ligne de fusion.

Contacts  : Philippe Jacquier (philippe.jacquier@lkb.ens.fr), Jules Grucker (jules.grucker@lkb.ens.fr).

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