Phénomènes quantiques exotiques dans les gaz atomiques froids : approches numériques

Exotic quantum phenomena in cold atomic gases : numerical approaches

• Auteur / Autrice : Guido Masella
• Direction : Guido Pupillo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Cyriaque Genet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guido Pupillo, Cyriaque Genet, Elisa Ercolessi, Antonello Scardicchio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elisa Ercolessi, Antonello Scardicchio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bosons

Théorie quantique

Transitions de phases

Atomes froids

Physique en basse dimension

Mots clés libres

Systèmes à N corps quantiques

Physique de la matière condensée Atomes froids

Mèthodes numériques

Supersolidité

Interactions à longue portée

Quantum Monte Carlo

Quantum Many-Body Systems

Condensed Matter Physics

Numerical Methods

Supersolids

Long-Range Interactions

Quantum Monte Carlo

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est l'étude des propriétés à basse énergie et température de systèmes fortement corrélés de bosons interagissant via des potentiels à portée longue et étendue, et pertinentes pour la réalisation expérimentale avec des gaz atomiques froids. Cette étude est réalisée à l'aide d'une combinaison de techniques numériques, comme le Path Integral Montecarlo et de techniques analytiques. Le principal résultat de mon travail est la démonstration de l’existence d’une phase supersolide à bandes et d’une rare transition entre différents supersolides dans un modèle à interaction finie de bosons de coer dur sur un réseau carré. J'étudie également les scénarios hors d'équilibre de tels modèles via des quenches de température simulées. Enfin, j'étudie comment la restauration de l'extensibilité énergétique dans des systèmes en interaction à longue portée peut avoir une incidence profonde sur les propriétés de basse énergie dans la limite thermodynamique.

The central aim of this thesis is the study of the low-energy and low-temperature properties of strongly correlated systems of bosonic particles interacting via finite- and long-range potentials, and relevant to experimental realization with cold atomic gases. This study is carried out with a combination of state-of-the-art numerical techniques such as Path Integral Monte Carlo and analytical techniques. The main result of my work is the demonstration of the existence of a stripe supersolid phase and of a rare transition between isotropic and anisotropic supersolids in a finite-range interacting model of hard-bosons on a square lattice. I also investigate the out-of-equilibrium scenarios of such models via simulated temperature quenches. Finally, I investigate how restoring energy extensivity in long-range interacting systems can have a profound incidence on the low-energy properties in the thermodynamic limit.