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Accueil > FR > Recrutements > Offres de thèses 2018

PhAR — Chaos Quantique avec un Condensat de Potassium : effets des interactions et de la topologie

par Webmestre - publié le , mis à jour le

Direction de thèse : Pascal Szriftgiser — Radu Chicireanu — Jean-Francois Clement

Il est aujourd’hui possible de refroidir un gaz de quelques millions d’atomes à quelques nanokelvins seulement au-dessus du zéro absolu de température. Ces gaz très froids adoptent un comportement ondulatoire (quantique), idéal pour de nombreuses expériences de physique fondamentale. Cette propriété est à la base du fameux concept de ‘simulation quantique’ (introduit par Feynman). Il s’agit de la réalisation en laboratoire de systèmes-modèles, qui permettent à comprendre et étudier, dans des conditions optimales, différents phénomènes quantiques nouveaux qui peuvent être rencontrés dans d’autres domaines de la physique.
Notre équipe est spécialisée dans l’étude expérimentale des nuages de gaz quantiques ultrafroids. Elle a acquis une visibilité internationale dans ce domaine avec des premières observations et caractérisations expérimentales liées aux propriétés de transport dans des systèmes quantiques désordonnées : localisation d’Anderson 3D, 2D, localisation faible [PRL 115, 240603 (2015), PRL 118 184101 (2017). Il s’agit de phénomènes initialement étudiés dans la physique de la matière condensée. De plus, il est désormais possible de réaliser dans notre expérience un champ de jauge artificiel pour atomes neutres (équivalent d’un champ magnétique pour des particules chargées) capable de mettre en évidence de nouvelles signatures de la localisation d’Anderson (CFS, Coherent Forward Scattering) et de modifier les propriétés globales de symétries du système [Nat. Comm. 9 1382 (2018)].
L’objectif initial de cette thèse est de finaliser la construction d’un nouveau dispositif expérimental pour obtenir un condensat de Bose Einstein avec l’atome de potassium. Cela ouvrera ensuite des possibilités complètement nouvelles qui repousseront les limites de l’étude des propriétés de cohérence quantique de la matière. Deux directions de recherche principales seront poursuivies à moyen et long terme avec ce dispositif. La première est de sonder et étudier les propriétés topologiques des gaz quantiques, en particulier dans des systèmes modulées périodiquement dans le temps (connus aussi comme des « Systèmes de Floquet »). Cela nous permettra d’explorer des aspects nouveaux de la localisation, avec une ouverture vers des phénomènes très intéressants comme l’effet Hall quantique. La deuxième est l’étude des effets des interactions sur les propriétés de transport (localisation, transition d’Anderson, etc.) des systèmes désordonnés près de la dégénérescence quantique – en lien étroit avec le phénomène en plein essor de la « Localisation a N corps » (ou « Many Body Localization », MBL).
Le travail de thèse sera essentiellement expérimental, mais peut aussi demander des simulations numériques pour mieux comprendre la physique sous-jacente. Ces travaux seront réalisés en collaboration avec des théoriciens de l’Ecole Normale Supérieure et avec des mathématiciens du laboratoire Paul Painlevé, dans le cadre du Laboratoire d’Excellence (Labex) CEMPI.