Solitons brillants de potassium, diffusion non-linéaire dans un milieu désordonné

Nonlinear scattering of atomic bright solitons in disorder

• Auteur / Autrice : Louis Boisse
• Direction : Thomas Bourdel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Inscription en doctorat le 14/09/2015; Soutenance le 30/08/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Optique atomique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)

Mots clés

Mots clés libres

Potassium 39

Atomes froids

Résonance de Feshbach

Solitons brillants

Milieu désordonné

Transport

Potassium 39

Cold atoms

Feshbach resonance

Bright soliton

Disordered potential

Transport

Résumé

Les gaz d'atomes ultra­froids sont des systèmes à N­corps quantiques extrêmement propres et versatiles qui permettent de revisiter dans un environnement contrôlé des concepts fondamentaux souvent issus de la matière condensée. Dans notre système expérimental, nous travaillons avec des gaz d’atomes de potassium 39, qui sont des bosons et qui offrent la possibilité de modifier à loisir les interactions entre atomes grâce à des résonances magnétiques de diffusion (résonances de Feshbach). Notre équipe s’intéresse particulièrement à la physique des gaz quantiques en basses dimensions (1 et 2) et en présence de désordre, une thématique sur laquelle notre laboratoire est leader. Les propriétés statistique du désordre sont parfaitement connues car il est crée à partir d’une figure de speckle optique. Nous observons et étudions par exemple la propagation d’un soliton brillant (une onde de matière 1D en interaction attractive) à travers un potentiel désordonné et observons une influence des interactions sur la probabilité de réflexion des atomes. En dimension un, la thèse aura pour but d’aller vers un régime d’interaction plus fort où on pourra créer une superposition cohérente d’un soliton complètement réfléchi ou transmis, c’est à dire un état chat de Schrödinger. Ce type d’état intriqué trouve des applications pour améliorer la précision des interféromètres atomiques. Expérimentalement, nous devrons être capables de travailler et de détecter des petits nombres d’atomes (avec un nouveau dispositif s’imagerie) pour éviter la présence de pertes à 3 corps. La thèse pourra se prolonger avec l’étude des effets conjoints du désordre et des interactions, un sujet très ouvert d’un point de vue théorique et aux multiples facettes. Les phénomènes étudiés iront de l’influence d’interactions faibles sur la localisation de Anderson aux transitions de phase superfluide-­isolant induites par le désordre. Nous nous intéresserons notamment à la dimension deux où, en matière condensée, la compétition entre superfluidité et désordre est problème ouvert.

Ultracold atoms gases are quantum many­body systems very clean and versatile which allow to study basic concepts of condensed matter in controlled media. In our experimental system, we work with 39 potassium atoms which are bosons and allow us to modify the interactions between atoms using magnetic resonances of diffusion also called Feshbach resonances. Our team is particulary interested in low dimension quantum gas physics in presence of disorder, our laboratory is a leader in this research subject. The statistical properties of the disorder are well known because it is created from an optical speckle pattern. For example, we observe and study how a bright soliton (a 1D matter wave with attractive interactions) propagates through a disordered potential, we underline a strong dependance of the interactions on the reflexion probability of the atoms. In 1D, the thesis will try to reach stronger interaction regimes for which we can create a coherent superposition of a soliton fully reflected or fully transmitted, e.g a Schrödinger cat. This kind of entangled states could find application in the improvement of atom interferometers. We may be able to detect a small number of atoms in order to avoid three body losses. The thesis can be extended with the study of the effects of both disorder and interactions, a rich topic for experimental and theoretical point of view. We will study phenomenon such as the influence of weak interactions on the Anderson localization or superfluid­insulator phase transition induced by disorder. In two dimension, we will consider the competition between superfluidity and disorder which is still misunderstood.