Cohérence et superfluidité des gaz de Bose en dimension réduite : des pièges harmoniques aux fluides uniformes.
Lauriane Chomaz (LKB)

Résumé

La dimensionnalité d’un système affecte fortement ses propriétés physiques ; les transitions de phase qui s’y déroulent ainsi que le type d’ordre qui y apparaît dépendent de la dimension. Dans les systèmes de basse dimension, la cohérence s’avère plus difficile à établir car les fluctuations thermiques et quantiques y jouent un rôle plus important. Le fluide de Bose à deux dimensions est particulièrement intéressant car, même si un ordre total est exclu, un ordre résiduel à "quasi-longue" portée s’établit à basse température. Deux ingrédients ont un effet significatif sur l’état du système : (i) la taille finie d’un système réel permet de retrouver une occupation macroscopique d’un état à une particule ; (ii) les interactions entre particules conduisent à l’apparition d’un type non-conventionnel de transition de phase vers un état superfluide.

Dans cette thèse, nous présentons une étude expérimentale du gaz de Bose bidimensionnel (2D) utilisant deux types de paysages énergétiques pour piéger nos atomes. Dans la première partie, nous utilisons la dépendance spatiale de certaines propriétés locales d’un gaz inhomogène pour caractériser l’état du système homogène équivalent. Nous extrayons son équation d’état des profils de densité et nous testons son comportement superfluide en mesurant le chauffage induit par le mouvement d’une perturbation locale. Dans la deuxième partie, nous observons et caractérisons l’émergence d’une cohérence de phase étendue dans un gaz 2D homogène, en particulier via le passage de trois dimensions à deux (croisement dimensionnel). Nous étudions l’établissement dynamique de la cohérence par un passage rapide du croisement dimensionnel et nous observons des défauts topologiques dans l’état superfluide final. Nous comparons nos résultats avec les prédictions du mécanisme de Kibble—Zurek.