Solid helium is paradoxical: it is both a model and an exception. It is a model for crystal properties mainly because of its extreme purity which makes universal phenomena simpler and easier to identify. It is also exceptional because the large quantum fluctuations of atoms around the nodes in their crystal lattice allow these phenomena to occur at very low temperature with a large amplitude. As noticed by Jacques Friedel in 2013, the properties of helium 4 crystals illustrate how the motion of dislocations may reduce their shear elastic modulus, as it does in all hexagonal close packed (hcp) crystals including metals. But this motion takes place without any dissipation in the limit of and in the absence of impurities, which is now exceptional and leads to an elastic anomaly at low temperature, which was called “giant plasticity” by Haziot et al. in 2013. More recently, we have discovered that, in helium-4 crystals, helium-3 impurities are not necessarily fixed pinning centers for dislocations. Even at relatively large velocities, dislocations are able to move dressed with impurities somehow as a necklace of atomic pearls through the periodic lattice. This illustrates what is really quantum in these crystals: it is mainly the dynamics of their dislocations and the behavior of impurities.
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.
Mot clés : Dislocations, Élasticité, Plasticité, Crystaux quantiques, Hélium
Sébastien Balibar 1; John Beamish 2; Andrew Fefferman 3; Ariel Haziot 4; Xavier Rojas 5; Fabien Souris 2
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Sébastien Balibar; John Beamish; Andrew Fefferman; Ariel Haziot; Xavier Rojas; Fabien Souris. Dislocations in a quantum crystal Solid helium: A model and an exception. Comptes Rendus. Physique, Volume 17 (2016) no. 3-4, pp. 264-275. doi : 10.1016/j.crhy.2015.12.015. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2015.12.015/
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Cited by Sources:
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