Les gaz de Fermi ultra-froids : Une expérience de nouvelle génération et la physique d'une impureté

par Ragheed Al Hyder

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Christophe Salomon et de Frédéric Chevy.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec LABORATOIRE KASTLER-BROSSEL (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-09-2017 .


  • Résumé

    Depuis plusieurs années, l'étude des gaz ultra-froids apporte de nouvelles idées sur le problème de la physique quantique à plusieurs corps, créant un lien fructueux avec la matière condensée, la physique nucléaire et l'astrophysique. Le groupe gaz de Fermi à l'ENS se concentre sur l'exploration des phases quantiques des gaz de Fermi fortement corrélés et les mélanges Fermi-Fermi ou Bose-Fermi. Le groupe construit actuellement une machine à gaz quantique au lithium afin d'étudier la physique des fermions avec des interactions accordables sur des potentiels optiques adaptés. Le piégeage atomique sera réalisé par un micro-miroir numérique programmable qui permet la génération de potentiels optiques arbitraires. Une configuration particulièrement intéressante est un piège avec un potentiel de fond plat plutôt que harmonique, conduisant à une densité de gaz constante dans l'échantillon. Cela donnera accès à l'étude de phénomènes critiques à proximité d'une transition de phase quantique et à des mesures de précision des propriétés du gaz. Nous explorerons les propriétés thermodynamiques ainsi que les propriétés dynamiques pendant la transition de phase. Une situation particulièrement intéressante se produit lorsque spin-up et spin-down fermions ne sont pas en nombre égal. Ce système polarisé devrait conduire à une phase quantique exotique prédite il y a plus de 50 ans par Fulde, Ferrrell, Larkin, Ovchinikov mais jamais observée dans un système en vrac. Cette phase FFLO présente un paramètre d'ordre modulé qui doit être détectable dans un système avec une densité spatialement uniforme.

  • Titre traduit

    Ultracold Fermi gases: next generation experiment and impurity physics


  • Résumé

    For several years, the study of ultracold gases is bringing new insights to the quantum manybody problem, creating a fruitful link with condensed matter, nuclear physics and astrophysics. The cold Fermi gas group at ENS is focusing on exploring quantum phases of strongly interacting Fermi gases and of Fermi-Fermi or Bose-Fermi mixtures. The group is currently building a third generation lithium quantum gas machine in order to study the physics of fermions with tunable interactions in tailored optical potentials. The atom trapping will be realized by a programmable digital micro-mirror device that enables the generation of arbitrary optical potentials. One particularly interesting configuration is a trap with a flat bottom potential rather than harmonic, leading to a constant gas density across the sample. This will give access to the study of critical phenomena near a quantum phase transition and to precision measurements of the gas properties. We will explore thermodynamic properties as well as dynamical properties across the phase transition. A particularly interesting situation occurs when spin up and spin down fermions are not in equal numbers. This polarized system is expected to lead to an exotic quantum phase that was predicted over 50 years ago by Fulde, Ferrrell, Larkin, Ovchinikov but never observed in a bulk system. This FFLO phase exhibits a modulated order parameter that should be detectable in a system with spatially uniform density.