Pour la première fois de l’Histoire, des chercheurs sont parvenus à obtenir cet état quantique à température ambiante : un supersolide de lumière
Par Eric Garletti
Un état de la matière qui n’existait, pendant des décennies, qu’à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu vient d’être obtenu à température ambiante, dans un film organique de quelques microns d’épaisseur.
Une équipe menée par l’université de Varsovie, avec IBM Research Europe à Zurich, le CNRS de Clermont-Ferrand et l’université de Wuppertal, a publié le 16 octobre 2026 dans la revue Science Advances la signature la plus complète à ce jour d’une phase supersolide dans un condensat d’exciton-polaritons à température ambiante.
En langage « commun » : de la lumière qui coule comme un liquide sans jamais ralentir, et qui en même temps forme un dessin régulier, comme les rangées d’un papier peint.
Ce double tour de passe-passe n’avait jusqu’ici été vu que dans des laboratoires où l’on refroidit des atomes à presque zéro absolu, c’est-à-dire plus froid que l’espace entre les étoiles. Le dispositif polonais, lui, a fonctionné sans aucun réfrigérateur, à la température d’une pièce chauffée.
(si cela vous paraît un peu compliqué mais que le sujet vous intéresse, vous trouverez un schéma explicatif en bas de l’article)
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Un supersolide de lumière à température ambiante, le rêve impossible du physicien est devenu réalité
Le supersolide est une curiosité quantique théorisée depuis la fin des années 1960, qui unit deux propriétés que le bon sens tient pour incompatibles.
D’un côté, la superfluidité, la capacité d’un liquide à couler sans aucune perte d’énergie, à grimper sur les parois de son récipient et à passer par des fentes microscopiques comme s’il n’avait plus de viscosité.
De l’autre, l’ordre cristallin, l’organisation périodique des atomes qui définit un solide, du sel de cuisine au diamant. Un supersolide, ce serait les deux à la fois : un fluide parfait qui serait aussi, en même temps, un cristal.
Pendant plus de cinquante ans, l’idée n’a vécu que sur les tableaux noirs. Elle est sortie du papier en 2017 seulement, quand les atomiciens ont réussi à l’obtenir dans des condensats de Bose-Einstein (BEC), un état où des milliers d’atomes refroidis près du zéro absolu se comportent comme une seule et même particule géante.
Ces expériences ont fait date, mais elles exigeaient un équipement cryogénique massif, lent à démarrer et consommateur d’énergie. Impossible d’en tirer un composant de laboratoire banal, encore moins un composant industriel.
Le détour par la lumière
L’équipe de Jacek Szczytko et Barbara Piętka, à Varsovie, a choisi une autre matière première : les exciton-polaritons. Ces particules hybrides naissent du mariage intime d’un photon (une particule de lumière) et d’un exciton (une paire électron-trou qui porte de l’énergie électrique dans un semi-conducteur). Quand les deux sont enfermés ensemble dans une microcavité optique, c’est-à-dire un sandwich de miroirs qui piège la lumière entre deux couches réfléchissantes, ils fusionnent en une entité nouvelle qui a l’agilité de la lumière et la capacité de la matière à interagir.
Les polaritons ont une masse mille fois plus faible que celle des atomes, ce qui a été l’argument décisif. Pour condenser des atomes, il faut descendre au nanokelvin. Pour condenser des polaritons, la température ambiante peut suffire, à condition que le semi-conducteur tienne le choc. L’équipe a misé sur un polymère organique, le MeLPPP, un composé synthétisé à Wuppertal qui a prouvé sa capacité à maintenir le couplage lumière-matière sans se dégrader à la lumière.
Le cristal liquide qui change tout
La vraie astuce du dispositif a tenu dans un ingrédient qu’on connaît mieux sous forme d’écran de téléviseur : un cristal liquide nématique, dont les molécules sont allongées comme des allumettes et s’orientent toutes dans la même direction. Placé entre deux couches de MeLPPP, le cristal liquide a servi de biréfringent accordable, c’est-à-dire d’un matériau qui dévie différemment la lumière selon sa polarisation, et dont on peut piloter la force simplement en appliquant une tension électrique.
Cette commande a permis aux chercheurs d’induire ce qu’on appelle un couplage spin-orbite de Rashba-Dresselhaus, un lien quantique entre la direction dans laquelle la particule se déplace et son spin, c’est-à-dire sa polarisation. Dans ces conditions, le condensat de polaritons s’est installé dans deux états simultanés, d’énergie identique mais de spin opposé. L’interférence entre les deux a fait apparaître, dans la caméra d’observation, des franges de densité régulièrement espacées. Un véritable réseau cristallin dessiné par la lumière elle-même.
Le détail qui signe le supersolide
Observer des franges n’aurait pas suffi à prouver la supersolidité. Il a fallu une seconde propriété, plus subtile. À chaque impulsion laser, la position des franges a changé, de manière apparemment aléatoire. Ce décalage, qui aurait pu passer pour un défaut, a au contraire été la signature la plus propre du phénomène : le système a brisé spontanément la symétrie de translation, un cas d’école en physique quantique. Chaque réalisation a choisi sa phase, indépendamment des précédentes, exactement comme un supersolide atomique le fait à son échelle.
Les chercheurs ont également observé une hélice de spin persistante (une structure dans laquelle la polarisation du condensat tournait régulièrement dans l’espace) et des vortex quantifiés dans environ un tir sur dix.
Autant de marqueurs qui ont confirmé que deux formes d’ordre, l’une superfluide et l’autre cristalline, cohabitaient dans le même échantillon, à température ambiante !
Ce que la sortie du froid pourrait changer
En s’affranchissant des cryostats, l’équipe a ouvert la voie à des composants photoniques qui exploiteraient directement les propriétés quantiques de la lumière sans la plomberie qui va avec. Les auteurs en citent plusieurs, chacun spéculatif à ce stade mais plausible : des dispositifs photoniques ultra-rapides, pour traiter l’information à l’échelle de la picoseconde ; des accélérateurs de calcul neuromorphique, qui imitent le fonctionnement des neurones biologiques ; et des capteurs optiques dont la sensibilité tirerait parti de la cohérence quantique à grande échelle.
Le domaine conserve un lien plus inattendu avec l’astrophysique. Les théoriciens pensent, depuis plusieurs décennies, que le cœur des étoiles à neutrons abrite une phase supersolide, et que ces étoiles effectuent de petites accélérations brutales de leur rotation (les glitches) parce que cette phase relâche d’un coup son stock de tourbillons quantifiés. Avec une plateforme à température ambiante, les physiciens disposent désormais d’un banc d’essai pour simuler, sur quelques microns, des phénomènes qui ont lieu à des dizaines de milliers d’années-lumière.
Reste à savoir jusqu’où cette matière à la fois liquide et solide tiendra la route. Les polaritons existaient quelques picosecondes avant de se désintégrer en photons ordinaires, et le signal supersolide ne survivait, lui, qu’à l’échelle de l’impulsion laser. C’est suffisant pour dérouler la physique, pas encore assez pour construire un composant.
Il a fallu cinquante ans pour sortir le supersolide des équations et vingt ans pour le faire descendre du nanokelvin à la pièce d’un laboratoire. Le prochain palier, celui de l’ingénieur, pourrait venir plus vite que les précédents.
Sources principales :
- Article original dans Science Advances :
Marcin Muszyński et al., Observation of a supersolid phase in a spin-orbit coupled exciton-polariton Bose-Einstein condensate. Sci. Adv. 12, eaee4875 (2026). DOI : 10.1126/sciadv.aee4875 - arXiv, Observation of a stripe phase in a spin-orbit coupled exciton-polariton Bose-Einstein condensate (version pré-publication)
https://arxiv.org/abs/2407.02406
Version préimprimée mise à jour par les auteurs avec les données complètes sur les franges de densité, l’hélice de spin et la détection des vortex quantifiés. - Université de Varsovie — Centre of New Technologies (CeNT), Seminarium CeNT (21.11.2025) : Supersolid Light in a Spin-Orbit Coupled Exciton-Polariton Bose-Einstein Condensate
https://cent.uw.edu.pl/pl/seminarium-cent-21-11-2025-supersolid-light-in-a-spin-orbit-coupled-exciton-polariton-bose-einstein-condensate-2
Résumé du séminaire tenu par Jacek Szczytko, détaillant la fabrication de la microcavité, le couplage spin-orbite accordable et les signatures observées.
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