Phénomènes de démixtion dans des gaz de Bose 2D

Demixing phenomena in 2D bose gases

• Auteur / Autrice : Edouard Le Cerf
• Direction : Jérôme Beugnon, Jean Dalibard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Emily Lamour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Lahaye, Jean-Claude Garreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations de Gross-Pitaevskii

Condensation de Bose-Einstein

Bose-Einstein, Gaz de

Démixtion

Mots clés libres

Condensats de Bose-Einstein

2D Bose

Gaz quantiques

Démixtion

Mélanges de spin

DMD

Potentiel plat

Niveau de gris

Bose-Einstein condensates

2D Bose

Quantum gases

Demixing

Spin mixtures

DMD

Flat box potential

Grey levels

Résumé

La démixtion est un phénomène facilement observé dans la vie de tous les jours, et se produit quand deux espèces, ayant l’une pour l’autre une force d’interaction suffisamment répulsive, sont réunies. Comme l’état mélange est instable, une instabilité hydrodynamique se développe, et tend à séparer spatialement ces deux espèces immiscibles. De la séparation de l’huile et du vinaigre dans un vinaigrette, à la formation des larmes de vin dans un verre rempli d’alcool, les instabilités hydrodynamiques se rencontrent dans beaucoup de situations banales. Cependant, la possibilité de décrire les ensembles de gaz ultrafroids par des équations de type hydrodynamiques montre que ce genre de phénomènes peut également concerner ce type de systèmes. Dans cette thèse, nous explorerons les dynamiques reliées à ces phénomènes dans des gaz de Bose bidimensionnels confinés dans des boîtes de géométries carrées ou circulaires, et nous comparerons nos résultats à un modèle théorique. Nous développerons également une méthode consistant à tailler sur mesure le potentiel optique appliqué à notre nuage afin de raffiner le contrôle que nous avons de notre échantillon.

Demixing is an everyday life phenomenon that takes place when different species with strong enough repulsive interactions are brought together: because the mixed state is unstable, a hydrodynamical instability develops, which tends to spatially segregate the two immiscible species. From the separation of oil and vinegar in a vinaigrette, to the tears of wine observable in a glass filled with alcohol, hydrodynamical instabilities are encountered in many mundane situations. However, the description of cold atoms gases by hydrodynamic-like equations shows that these phenomena are also relevant for such systems. In this thesis, we explore the dynamics of such phenomena in 2D Bose gases confined in box potentials, both in a square and ring configuration, and we compare our results to theoretical predictions. We also develop a method to spatially tailor the optical potential applied on our cloud in order to have more control on our sample.