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Vers une étude spectroscopique de la transition d'Anderson

Vincent Denechaud

Published Apr 13, 2018• 0 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.70675/cba43a44z3cd3z4277z85e4z1ecfc864fd2c

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•Nov 30, 2020•0 citations

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•Nov 30, 2020•0 citations

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Cette thèse présente une étude du transport quantique et de la localisation d Anderson d ondes de matière sans interaction dans des désordres anisotropes. À l aide d approches microscopiques, nous étudions l effet des corrélations du désordre dont nous démontrons qu elles peuvent considérablement modifier les propriétés du transport quantique à 1D, 2D et 3D. Nous développons des outils généraux et les appliquons à des modèles de désordre continu pertinents pour les expériences d atomes ultrafroids : les potentiels de tavelures optiques ( speckle ). Dans un premier temps, à une dimension, nous raffinons les précédents modèles du processus de localisation d un nuage d atomes ultrafroids en expansion dans un potentiel de speckle usuel, et nous montrons que la prise en compte de nouveaux éléments devrait permettre d expliquer les écarts entre les résultats expérimentaux et théoriques observés précédemment. Nous étudions ensuite le transport quantique et la localisation d Anderson en dimensions supérieures, plus particulièrement dans des désordres aux corrélations anisotropes, ce qui est naturellement le cas dans la plupart des potentiels de speckle. Nous calculons les propriétés de transport quantique et proposons une nouvelle méthode pour estimer la position du seuil de localisation à 3D (seuil de mobilité). Nos prédictions théoriques sont ensuite comparées aux résultats obtenus par deux expériences récentes ayant observé la localisation tri-dimensionnelle d ondes de matière. Enfin, nous approfondissons notre étude des effets des corrélations du désordre. Nous démontrons qu elles peuvent induire l inversion des anisotropies de localisation et une amplification de la localisation d Anderson avec l énergie de la particule, lorsqu elles sont judicieusement adaptées.

•Dec 18, 2012•1 citation
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Ce manuscrit présente les travaux de thèse traitant du transport quantique d'onde de matière dans des potentiels optiques désordonnés. Le contexte de cette thèse s'inscrit dans la quête de l'étude expérimentale du régime critique de la transition d'Anderson, séparant les états liés d'une particule quantique localisée dans un potentiel désordonné des états diffusifs. Dans un premier temps, nous présenterons les concepts fondamentaux de la propagation d'ondes en milieu désordonné pour introduire le phénomène de localisation d'Anderson, dont nous dresserons un état de l'art de l'étude avec des atomes ultra-froids. Nous présenterons ensuite notre plateforme expérimentale, permettant de générer des condensats de Bose-Einstein servant de source d'onde de matière ainsi que notre dispositif de génération de désordre optique dépendant de l'état de spin. Nous nous attacherons ainsi à décrire les modifications apportées à notre expérience afin de dépasser les limitations expérimentales précédemment rencontrées. Après la présentation de ces concepts, nous nous concentrerons sur la mesure du temps de diffusion élastique, un des paramètres élémentaires de la propagation d'ondes dans le désordre. Nous terminerons par relier ces mesures à la notion de fonction spectrale, précédemment mesurée sur notre expérience. L'ensemble de ces travaux ouvre la voie à l'étude spectroscopique de la transition d'Anderson avec des atomes ultra-froids.
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