Dislocations in a quantum crystal

L'hélium solide est paradoxal : c'est à la fois un cristal modèle et une exception. C'est un modèle pour l'étude des propriétés cristallines à cause de son extrême pureté, qui rend certains phénomènes universels plus simples et plus faciles à identifier. C'est aussi un système exceptionnel, car les fluctuations quantiques de ses atomes autour des nœuds du réseau cristallin permettent à ces phénomènes d'avoir lieu à très basse température, avec une amplitude particulièrement grande. Comme l'avait remarqué Jacques Friedel en 2013, les propriétés des cristaux d'hélium 4 illustrent la manière dont le mouvement des dislocations peut réduire leur module élastique de cisaillement transverse, comme dans tout cristal hexagonal compact (hcp), y compris certains métaux. Mais ce mouvement a lieu sans dissipation lorsque la température tend vers zéro et en l'absence totale d'impuretés, ce qui est exceptionnel et conduit à une anomalie élastique qui a été appelée « plasticité géante » par Haziot et al. en 2013. Plus récemment, nous avons découvert que, dans ces cristaux d'hélium 4, les impuretés d'hélium 3 ne sont pas nécessairement des points d'ancrage fixes pour les dislocations. Même à relativement grande vitesse, les dislocations sont capables de se déplacer habillées d'hélium 3, comme un collier de perles atomiques à travers le réseau périodique. Cela illustre ce qui est vraiment quantique dans ces cristaux : il s'agit principalement de la dynamique de leurs dislocations et du comportement des impuretés.