Supersolidité et plasticité quantique

par Xavier Rojas

Thèse de doctorat en Physique de la matière condensée

Sous la direction de Sébastien Balibar.

Soutenue en 2011

à Paris 6 .


  • Résumé

    Un supersolide est un solide élastique bien qu'en partie superfluide. La supersolidité, mise en évidence expérimentalement dans l'hélium 4 en 2004, semble paradoxale et reste controversée. Par ailleurs, en dessous de 200 mK où la supersolidité apparaît, le module de cisaillement augmente. Ces deux propriétés sont très dépendantes du désordre cristallin et la température de la transition dépend de la concentration en impuretés 3He même en dessous du ppb. Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés mécaniques de monocristaux 4He dans la limite d'une extrême qualité et pureté cristalline. Nous avons réalisé des cavités acoustiques permettant, à l'aide de transducteurs piézoélectriques, de mesurer la résonance acoustique de cristaux 4He dont l'orientation est mesurable optiquement. Nos résultats montrent que les dislocations sont responsables de l'anomalie des coefficients élastiques et que le piégeage par les impuretés 3He à basse température explique la variation de rigidité des cristaux. Cette variation est parfois très importante (∼86 %) et implique le déplacement de lignes de dislocations sur des distances macroscopiques à des vitesses relativement importantes. Nous avons aussi réalisé des mesures du moment d'inertie de cristaux 4He dans un oscillateur de torsion transparent. Les monocristaux présentent une anomalie de rotation qui s'interprète davantage comme une anomalie élastique que par l'apparition de la supersolidité. Nos résultats illustrent principalement la remarquable plasticité quantique des cristaux 4He.

  • Titre traduit

    Supersolidity and Quantum Plasticity


  • Résumé

    A supersolid is an elastic solid which is partly superfluid. Supersolidity which has been experi- mentally observed in 4He in 2004, seems paradoxical and is still controversial. Below 200 mK where supersolidity occurs, the shear modulus increases. Both properties are disorder dependent and the transition temperature depends of 3He impurity concentration even for concentration as low as a ppb. In this thesis, we have studied 4He single crystals mechanical properties, in the limit of extreme quality and purity. We have built acoustic cavities with piezoelectric transducers, allowing to measure acoustic resonances in 4He single crystals. In which we measure optically the crystalline orientation. Our results show that dislocations are responsible for the elastic coefficients anomaly. They show that the pinning of dislocations by 3He impurities at low temperature explains the rigidity change of crystals. The change in the elastic coefficient can be as large as ∼86 % and must involve the motion of dislocation lines along macroscopic distances at relatively large velocity. Also we have measured the moment of inertia of 4He crystals in a transparent torsional oscillator. Single crystals show a rotation anomaly which is more explicable by an elastic anomaly than in terms of supersolid transition. Our results illustrates principally the remarkable quantum plasticity of 4He crystals

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Informations

  • Détails : 1 vol. (238 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2011 572
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