Etude spectroscopique de la transition d'Anderson avec des atomes ultrafroids dans des potentiels optiques désordonnés La localisation d'Anderson a été intensivement étudiée tant théoriquement qu'expérimentalement depuis sa découverte en 1958. Au cours des dernières décennies, les atomes ultrafroids sont apparus comme d'excellents candidats pour étudier la localisation d'Anderson. La réalisation de la localisation d'Anderson en 1D et 3D, réalisée sur notre dispositif, constitue une avancée majeure dans ce domaine, montrant le potentiel encourageant pour étudier ce phénomène avec des expériences d'atomes ultrafroids.Notre recherche a porté sur la mesure de la bordure de mobilité en 3D, qui est l'énergie à laquelle la transition d'Anderson se produit et divise les phases localisées et diffusives. Les expériences précédentes ont montré de grandes divergences avec les prévisions numériques, soulignant la nécessité de mesures plus précises. De plus, la grande distribution d'énergie des atomes en désordre dans ces expériences empêche une mesure directe.Dans ce travail, nous avons développé un nouveau schéma spectroscopique avec des speckles bichromatiques qui permet une mesure directe et précise de la bordure de mobilité. Nous utilisons les deux niveaux hyperfins des atomes Rb-87, en rendant l'un sensible au désordre et l'autre libre de désordre. Le transfert RF vers l'état désordonné permet un chargement résolu en énergie et les speckles bichromatiques assurent la longue durée de vie des atomes dans l'état désordonné, permettant la mesure de la dynamique de diffusion lente.Nos résultats préliminaires montrent des signatures de transition encourageantes, mais des améliorations supplémentaires sont nécessaires pour éliminer les défauts. Notre expérience a le potentiel de fournir des informations significatives sur la nature de la transition d'Anderson et du comportement critique près de la bordure de mobilité en 3D.
Etude spectroscopique de la transition d'Anderson avec des atomes ultrafroids dans des potentiels optiques désordonnés La localisation d'Anderson a été intensivement étudiée tant théoriquement qu'expérimentalement depuis sa découverte en 1958. Au cours des dernières décennies, les atomes ultrafroids sont apparus comme d'excellents candidats pour étudier la localisation d'Anderson. La réalisation de la localisation d'Anderson en 1D et 3D, réalisée sur notre dispositif, constitue une avancée majeure dans ce domaine, montrant le potentiel encourageant pour étudier ce phénomène avec des expériences d'atomes ultrafroids.Notre recherche a porté sur la mesure de la bordure de mobilité en 3D, qui est l'énergie à laquelle la transition d'Anderson se produit et divise les phases localisées et diffusives. Les expériences précédentes ont montré de grandes divergences avec les prévisions numériques, soulignant la nécessité de mesures plus précises. De plus, la grande distribution d'énergie des atomes en désordre dans ces expériences empêche une mesure directe.Dans ce travail, nous avons développé un nouveau schéma spectroscopique avec des speckles bichromatiques qui permet une mesure directe et précise de la bordure de mobilité. Nous utilisons les deux niveaux hyperfins des atomes Rb-87, en rendant l'un sensible au désordre et l'autre libre de désordre. Le transfert RF vers l'état désordonné permet un chargement résolu en énergie et les speckles bichromatiques assurent la longue durée de vie des atomes dans l'état désordonné, permettant la mesure de la dynamique de diffusion lente.Nos résultats préliminaires montrent des signatures de transition encourageantes, mais des améliorations supplémentaires sont nécessaires pour éliminer les défauts. Notre expérience a le potentiel de fournir des informations significatives sur la nature de la transition d'Anderson et du comportement critique près de la bordure de mobilité en 3D.
Potentiel désordonné sélectif en état de spin pour les études de la transition d'Anderson avec des atomes froids Dans ce manuscrit, nous présentons notre avancement pour réaliser une méthode spectroscopique pour étudier la transition d’Anderson avec des atomes froids. Cela repose sur la réalisation d'un potentiel désordonné sélectif en état de spin, le désordre n'étant significatif que pour l'un des deux états de spin impliqués. En combinant cela avec la technique de transfert par radiofréquence d’un état insensible au désordre à un état exclusivement sensible au désordre, il devient possible de charger une onde de matière dans le désordre dans des états d’énergie bien définies. Pour prouver le concept, nous avons effectué des mesures des fonctions spectrales d’atomes ultra-froids dans des potentiels désordonnés, qui sont directement proportionnels au taux de transfert des atomes. Nous présentons les résultats en montrant un excellent accord avec les calculs numériques. Cela a ouvert des perspectives pour d’autres études sur la transition d’Anderson. En particulier, nous cherchons à observer la transition entre les états diffusifs et les états localisés séparés par une énergie critique, appelée le seuil de mobilité. Une telle étude nécessite la réalisation d’un désordre sélectif en état de spin qui permet un long temps de propagation dans le désordre afin de distinguer les deux phases. À cette fin, nous présentons un nouveau schéma du désordre sélectif en état de spin avec deux lasers du speckle (speckle bichromatique). Cela ouvre la voie à une approche spectroscopique de la transition d’Anderson avec des atomes froids avec une résolution en énergie bien supérieure à celles des expériences précédentes.
Transition d'Anderson en 3D d'atomes ultrafroids dans des potentiels désordonnés : observation du seuil de mobilité Dans ma thèse, j'étudie la transition Anderson 3D dans les atomes ultra-froids (BEC). L'objectif principal de ma recherche est de mesurer le seuil de mobilité de la transition Anderson. Pour y arriver, nous utilisons une méthode de spectroscopie avec un désordre dépendant de l'état.Tout d'abord, je présente le contexte de la localisation Anderson et de la transition Anderson 3D. Je revois trois expériences précédentes dans les atomes ultra-froids qui ont tenté de sonder la localisation Anderson en 3D et le seuil de mobilité de la transition Anderson de 2011 à 2015. Je discute de leurs réalisations et identifie leurs limites, en particulier la distribution énergétique large des atomes dans le désordre, ce qui rendait difficile l'estimation du seuil de mobilité. Il est soutenu que la mesure directe et précise du seuil de mobilité de la transition Anderson reste un défi important dans le domaine. Pour faire face à cela, notre équipe a proposé une méthode de spectroscopie.Ensuite, je décris notre configuration expérimentale, y compris comment nous générons un condensat de Bose-Einstein et créons un potentiel de désordre en utilisant un speckle de laser. Je présente les résultats expérimentaux de notre équipe de 2018, où ils ont mesuré la fonction spectrale dans un potentiel de désordre dépendant de l'état. À l'époque, notre potentiel dépendant de l'état était basé sur un schéma de speckle monochromatique, qui a induit une forte diffusion de photons pour les atomes dans le désordre, empêchant une observation à long terme des propriétés de transport. C'était la principale limitation que nous voulions améliorer.Pour remédier à cela, nous avons proposé un désordre à speckle bichromatique, composé de deux lasers. Les deux lasers étaient largement désaccordés des résonances atomiques, réduisant la diffusion de photons de deux ordres de grandeur. Nous avons vérifié expérimentalement que ce design est dépendant de l'état, puis reproduit la mesure de la fonction spectrale et démontré que nous améliorons la durée de vie de la diffusion de photons des atomes dans le désordre de deux ordres de grandeur. Cela ouvre la possibilité de mesurer le seuil de mobilité de la transition d'Anderson.Nous présentons la mesure du seuil de mobilité et nos résultats expérimentaux dans ma thèse. Même si nos résultats sont préliminaires, ils montrent un accord exceptionnellement excellent avec les prévisions numériques. Nous analysons nos données et identifions quelques imperfections à corriger. Nous proposons des solutions possibles pour l'amélioration future et travaillons actuellement à les mettre en œuvre.Dans nos résultats expérimentaux, il est possible d'étudier directement le régime critique de la transition d'Anderson. Par exemple, en fonction de nos mesures, une fois les imperfections améliorées, nous pourrions tenter d'estimer l'exposant critique de la transition d'Anderson. Nous pourrions également explorer différentes géométries de speckle pour tester l'universalité du seuil de mobilité et aller plus loin dans le régime quantique (faible régime de désordre). En outre, notre schéma de spectroscopie à résolution d'énergie offre la possibilité d'étudier le spectre multi-fractal des états propres près du régime critique.
Transition d'Anderson 3D d'atomes ultrafroids dans un désordre dépendant de l'état : Observation directe et simulation numérique du principe du transfert résolu en énergie La localisation d'Anderson - l'arrêt complet du transport des ondes par diffusion multiple et cohérence de phase - a été découverte en 1958 et a depuis été activement étudiée pour plusieurs types d'ondes (lumière, micro-ondes, ultrasons, ondes acoustiques, etc.). Dans les systèmes tridimensionnels, la localisation d'Anderson se manifeste comme une transition de phase autour d'une énergie critique - le seuil de mobilité - qui sépare les états localisés (isolants) des états diffusifs (métalliques).Les atomes ultrafroids sont des candidats prometteurs pour de telles expériences, et plusieurs groupes ont rapporté des preuves de la transition d'Anderson 3D, en particulier notre groupe en 2012. Néanmoins, toutes ces mesures préliminaires étaient limitées par l'élargissement indésirable de la distribution en énergie lors du transfert des atomes dans le désordre. Ainsi, aucune observation directe de la transition n'a pu être réalisée.La quête d'une observation directe de la transition d'Anderson 3D nous a motivés à développer un nouveau schéma spectroscopique fondé sur un désordre dépendant de l'état. Le concept consiste à transférer, par couplage RF, une petite fraction d'un condensat de Bose-Einstein d'un état insensible au désordre vers un état sensible au désordre. Ce faisant, nous peuplons sélectivement des niveaux d'énergie ciblés dans le désordre avec une distribution en énergie étroite. Cette technique a ouvert la voie à l'observation directe, couronnée de succès, de la transition d'Anderson 3D dans un speckle laser tridimensionnel. De plus, elle fournit une mesure précise du seuil de mobilité, en excellent accord avec les prédictions numériques.Le cœur de notre résultat réside dans le schéma spectroscopique. Lors du transfert d'un petit nombre d'atomes, nous nous attendons au couplage d'un état discret à un continuum, conduisant à une distribution en énergie limitée par transformée de Fourier. Cette hypothèse essentielle n'a jusqu'à présent été vérifiée que de manière indirecte, sans jamais avoir été testée numériquement. Dans la dernière partie de ma thèse, j'ai mis en place le cadre pour la description numérique du schéma de transfert RF. Bien que cette étude demeure préliminaire, elle montre déjà que la dynamique peut être plus subtile que prévu, et que le modèle mérite une attention plus approfondie à l'avenir.
Ce mémoire résume les travaux d'une thèse portant sur le transport et la localisation d'Anderson d'ondes de matière ultra-froide en milieu désordonné. C'est un travail expérimental visant à l'étude de la transition d'Anderson séparant les états d'énergie d'une particule quantique placée dans un potentiel désordonné selon deux phases : des états localisés, et des états diffusifs.Dans un premier temps, on rappellera les concepts fondamentaux permettant de comprendre les effets de localisation des ondes, et notamment leur interprétation en terme d'interférences. Ensuite, on donnera une description globale du dispositif expérimental permettant de préparer les nuages d'atomes ultra-froids servant de source d'ondes quantiques de matière, et de générer la figure de tavelures optique (speckle en anglais) jouant le rôle de potentiel désordonné pour les atomes.A l'issue de ce travail introductif, les notions de localisation introduites précédemment seront appliquées au transport d'atomes froids dans un speckle. Un bref état de l'art des expériences d'atomes froids portant sur la transition d'Anderson permettra de dessiner les limites en terme de contrôle de l'énergie des états peuplés par les atomes. Ces limitations permettront alors de motiver la mise en place d'une nouvelle méthode expérimentale dite "spectroscopique" permettant un contrôle complet par un opérateur extérieur de l'énergie des atomes placés le désordre.Le concept de fonction spectrale sera alors présenté comme outil fondamental permettant de caractériser les états d'énergie et de calibrer la fiabilité en énergie de la méthode spectroscopique. Enfin, des résultats expérimentaux portant sur la mesure de fonctions spectrales par cette nouvelle méthode spectroscopique viendront attester qu'il serait effectivement possible d'étudier la transition d'Anderson avec une résolution en énergie bien supérieure aux expériences précédentes.
Ce mémoire résume les travaux d'une thèse portant sur le transport et la localisation d'Anderson d'ondes de matière ultra-froide en milieu désordonné. C'est un travail expérimental visant à l'étude de la transition d'Anderson séparant les états d'énergie d'une particule quantique placée dans un potentiel désordonné selon deux phases : des états localisés, et des états diffusifs.Dans un premier temps, on rappellera les concepts fondamentaux permettant de comprendre les effets de localisation des ondes, et notamment leur interprétation en terme d'interférences. Ensuite, on donnera une description globale du dispositif expérimental permettant de préparer les nuages d'atomes ultra-froids servant de source d'ondes quantiques de matière, et de générer la figure de tavelures optique (speckle en anglais) jouant le rôle de potentiel désordonné pour les atomes.A l'issue de ce travail introductif, les notions de localisation introduites précédemment seront appliquées au transport d'atomes froids dans un speckle. Un bref état de l'art des expériences d'atomes froids portant sur la transition d'Anderson permettra de dessiner les limites en terme de contrôle de l'énergie des états peuplés par les atomes. Ces limitations permettront alors de motiver la mise en place d'une nouvelle méthode expérimentale dite "spectroscopique" permettant un contrôle complet par un opérateur extérieur de l'énergie des atomes placés le désordre.Le concept de fonction spectrale sera alors présenté comme outil fondamental permettant de caractériser les états d'énergie et de calibrer la fiabilité en énergie de la méthode spectroscopique. Enfin, des résultats expérimentaux portant sur la mesure de fonctions spectrales par cette nouvelle méthode spectroscopique viendront attester qu'il serait effectivement possible d'étudier la transition d'Anderson avec une résolution en énergie bien supérieure aux expériences précédentes.
Ce mémoire résume les travaux d'une thèse portant sur le transport et la localisation d'Anderson d'ondes de matière ultra-froide en milieu désordonné. C'est un travail expérimental visant à l'étude de la transition d'Anderson séparant les états d'énergie d'une particule quantique placée dans un potentiel désordonné selon deux phases : des états localisés, et des états diffusifs.Dans un premier temps, on rappellera les concepts fondamentaux permettant de comprendre les effets de localisation des ondes, et notamment leur interprétation en terme d'interférences. Ensuite, on donnera une description globale du dispositif expérimental permettant de préparer les nuages d'atomes ultra-froids servant de source d'ondes quantiques de matière, et de générer la figure de tavelures optique (speckle en anglais) jouant le rôle de potentiel désordonné pour les atomes.A l'issue de ce travail introductif, les notions de localisation introduites précédemment seront appliquées au transport d'atomes froids dans un speckle. Un bref état de l'art des expériences d'atomes froids portant sur la transition d'Anderson permettra de dessiner les limites en terme de contrôle de l'énergie des états peuplés par les atomes. Ces limitations permettront alors de motiver la mise en place d'une nouvelle méthode expérimentale dite "spectroscopique" permettant un contrôle complet par un opérateur extérieur de l'énergie des atomes placés le désordre.Le concept de fonction spectrale sera alors présenté comme outil fondamental permettant de caractériser les états d'énergie et de calibrer la fiabilité en énergie de la méthode spectroscopique. Enfin, des résultats expérimentaux portant sur la mesure de fonctions spectrales par cette nouvelle méthode spectroscopique viendront attester qu'il serait effectivement possible d'étudier la transition d'Anderson avec une résolution en énergie bien supérieure aux expériences précédentes.