Thermométrie in-situ et transport de spin dans des fils quantiques fermioniques
Auteur / Autrice : | Clément De Daniloff |
Direction : | Frédéric Chevy |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique quantique |
Date : | Soutenance le 01/12/2021 |
Etablissement(s) : | Université Paris sciences et lettres |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....) |
établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Thierry Giamarchi |
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Chevy, Thierry Giamarchi, Patrizia Vignolo, Isabelle Bouchoule, Leonardo Fallani, Rudolf Grimm | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Patrizia Vignolo, Isabelle Bouchoule |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Le comportement des gaz de Fermi en basse dimension se distingue sensiblement de leurs équivalents tridimensionnels. En trois dimensions et en l'absence d'ordre, la majorité des états fermioniques de la matière sont décrits par la théorie du liquide de Landau-Fermi. Dans son cadre, le système est décrit comme un gaz de quasiparticules fermioniques en interaction faible, voire nulle. En revanche, dans le cas unidimensionnel, le spectre du système à basses énergies est entièrement déterminé par des excitations collectives de nature bosonique. Cette thèse décrit l'étude expérimentale des gaz de Fermi en basse dimension en utilisant des atomes de ⁴⁰K. Nous présentons ici trois principaux résultats. Tout d'abord, nous mettons en évidence l'implémentation de techniques nouvelles pour charger et imager individuellement des échantillons d'atomes dans un réseau optique bidimensionnel à espacement large. Ensuite, en utilisant des gaz idéaux, nous conduisons une étude quantitative de profiles de densité in-situ obtenus dans un potentiel externe préalablement calibré pour quantifier le degré de dégénérescence et la dimensionnalité des échantillons préparés. Nous rapportons l'observation de gaz de Fermi dans le régime unidimensionnel. Finalement, nous développons une technique pour séparer et isoler les deux populations de spin d'un gaz de Fermi et l'appliquons pour étudier le transport de spin en présence d'interactions fortes. Nous analysons quantitativement la relaxation du mode dipolaire dans le régime diffusif en fonction de l'intensité des interactions en se plaçant au voisinage d'une résonance de Feshbach en onde s. Nous déterminons la force de traînée ainsi que le coefficient de diffusivité. La valeur minimale mesurée de ce dernier respecte la limite quantique malgré l'absence d'invariance d'échelle dans le système. Ce dernier résultat s'ajoute au corpus de connaissance existante issue de précédentes études expérimentales réalisées avec des gaz de Fermi en deux et trois dimensions.