Academic literature on the topic 'Gaz unidimensionnels'

Cet article contribue à l’étude des propriétés de la gaine d’une décharge transitoire, comme celles considérées dans le cas des lasers à excimère. La zone cathodique d’une décharge transitoire est une zone de transition entre le plasma et la cathode. Elle a pour rôle d’assurer la continuité du courant du plasma vers la cathode et elle est le siège d’un champ électrique très intense. Ces valeurs élevées que peut prendre le champ électrique sur la cathode sont vraisemblablement en grande partie responsables de la naissance d’instabilités dans cette région. Le problème est plus crucial à haute pression pour les décharges utilisées pour l’excitation des lasers, qu’à basse pression, principalement en raison du fait que de telles valeurs de champ électrique peuvent se rapprocher dangereusement des valeurs seuils de l’émission de champ à la cathode. Un modèle analytique a été utilisé pour décrire l’évolution de la zone cathodique dans une décharge électrique impulsionnelle pour un gaz de Ne haute pression. Pour démontrer la validité de ce modèle, les résultats trouvés ont été comparés avec ceux d’un modèle unidimensionnel longitudinal. Ces deux modèles se basent sur la résolution des équations de transport des électrons et des ions couplés à l’équation de Poisson, pour en déduire ensuite l’évolution spatio-temporelle du champ électrique et de la densité ionique.

Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés expérimentales des polaritons unidimensionnels dans les microfils de ZnO dans le but d'étudier le régime de dégénérescence quantique des polaritons à haute température et en régime de confinement de basse dimensionnalité. ZnO est en effet un matériau semiconducteur à grand gap dans lequel l'exciton bénéficie d'une très forte énergie de liaison qui garantit leur stabilité à température ambiante. D'autre part, la géométrie en "fil" de section hexagonale et de diamètre micrométrique confine les modes photoniques et les rend unidimensionnels. On montre que l'interaction entre l'exciton et ces modes photoniques est en régime de couplage fort, et que les polariton-excitoniques qui en résultent sont eux aussi en régime de confinement unidimensionnel. Cette thèse propose une étude détaillée de la physique de ces polaritons 1D. Dans un premier temps, on démontre que le régime de couplage fort unidimensionnel est conservé jusqu'à température ambiante avec une très grande énergie de Rabi de 300 meV pour une largeur de raie typique 75 fois plus faible. Cette faible largeur de raie, même à température ambiante, est une conséquence inattendue de la grande énergie de Rabi en comparaison de l'énergie maximum des phonons dans ZnO. Cet effet isole très efficacement les polaritons des vibrations thermiques du réseau. Nous nous sommes intéressés aussi à une structure similaire: les microfils de GaN. Dans ces fils, on profite d'une zone fortement dopée pour comparer expérimentalement le spectre en régime de couplage faible et en régime de couplage fort dans le même fil. Nous avons ensuite étudié les propriétés des gaz de polaritons dans les microfils de ZnO sous forte excitation dans le but d'atteindre le régime de dégénérescence quantique 1D. Nous démontrons qu'un régime de laser à polaritons est atteint à basse température en régime de couplage fort dans une situation inédite où les polaritons sont à 97% excitoniques. Cette propriété est comprise grâce à une étude détaillée des propriétés de relaxation des excitons vers les états de polaritons en régime de faible et forte excitations. Cette thèse donne les bases de la compréhension des polaritons unidimensionnels dans les microfils de ZnO. Les propriétés observées montrent que les microfils de ZnO sont particulièrement adaptés à l'étude des gaz de polaritons dégénérés 1D à haute température.

Cette thèse présente la conception et l'implémentation d'une nouvelle génération de puces à atomes, ouvrant de nouvelles perspectives expérimentales dans des micropièges magnétiques très anisotropes. Les propriétés thermiques des puces en nitrure d'aluminium sont étudiées en détail. Le dispositif a été optimisé pour piéger de plus grands nombres d'atomes et améliorer la qualité de l'imagerie, notamment en fabriquant un miroir de planéité sub-λ/10 à la surface de la puce.Nous étudions des gaz quasi-1D grâce à des images in situ de profils fluctuants et des méthodes précises de calibration et d'analyse statistique. Nous mesurons des fluctuations non-gaussiennes, ce qui permet de tester sensiblement la thermodynamique du gaz et donne une mesure de corrélations à trois corps. Nous étudions précisément la transition de quasicondensation et mesurons pour la première fois sa loi d'échelle. En régime 3D, c'est une condensation transverse qui déclenche la quasicondensation longitudinale, tandis qu'en régime 1D, la formation d'un quasicondensat est gouvernée par les interactions répulsives et non par la dégénérescence quantique.Obtenant des températures record pour des gaz 1D, nous observons des fluctuations subpoissoniennes lorsque les corrélations atomiques sont déterminées, au moins localement, par les fluctuations quantiques qui dominent les fluctuations thermiques. Nous discutons également la thermalisation étonnamment rapide mesurée en régime 1D profond qui suggère que des collisions effectives à 3 corps brisent l'intégrabilité du système.

Cette thèse présente l'étude et la réalisation expérimentale de gaz de bosons dégénérés quasi-unidimensionnels. Pour atteindre ce type de régime, nous utilisons une puce atomique, micro-fils d'or déposés sur un substrat de silicium qui permet de créer des pièges magnétiques très anisotropes dans lesquels nous avons mesuré les propriétés statistiques de gaz de bosons ultra-froids (Rubidium 87). Pour un gaz classique, où les particules sont statistiquement indépendantes, les fluctuations de densité sont données par le bruit de grenaille atomique. A plus basse température, la nature quantique des particules (bosons indiscernables) doit être prise en compte et des fluctuations de densité supplémentaires apparaissent dues au phénomène de groupement de bosons. A faibles densités atomiques, nous avons observé ces deux types de comportements en bon accord avec le comportement du gaz idéal. A plus fortes densités, à cause des interactions répulsives entre atomes qui sont coûteuses en énergie, nous avons observé une réduction des fluctuations de densité par rapport au gaz idéal. Cette réduction est caractéristique de la transition vers un quasi-condensat. Pour exploiter pleinement le potentiel des puces à atomes, les atomes doivent être situés aux abords des micro-structures qui les piègent. Cependant, cette proximité rend ces dispositifs sensibles aux imperfections de microfabrication en introduisant une rugosité non contrôlée sur le potentiel de piégeage. Pour contourner ce problème, nous avons mis au point une méthode pour s'affranchir de ce problème en modulant rapidement le courant des micro-fils. Les atomes sont alors soumis à un potentiel moyen effectif exempt de rugosité.

Les effets a n-corps dans les gaz d'electrons unidimensionnels sont etudies au moyen de la correction de champ local g(q). Cette etude est menee pour trois modeles differents de fils quantiques et de nombreux resultats sont obtenus sous une forme analytique. La correction de champ local permet d'ameliorer l'approximation de la phase aleatoire qui cesse d'etre valable aux densites d'electrons faibles et intermediaires. Elle est calculee dans une version a base de contraintes de la theorie de singwi, tosi, land et sjolander. G(q) est exprimee sous une forme de hubbard generalisee qui depend de trois coefficients. Ces coefficients sont calcules de facon auto-coherente. L'energie d'echange, l'energie de correlation, le potentiel chimique et la compressibilite du gaz d'electron unidimensionnel sont obtenus de facon numerique en fonction du parametre d'epaisseur du fil quantique et du parametre de wigner-seitz r#s. La correction de champ local est aussi utilisee pour etudier la fonction de distribution de paire, la relation de dispersion des plasmons et les proprietes d'ecrantage du gaz d'electrons unidimensionnel. Les correlations a courte distance sont egalement evaluees au moyen d'un calcul diagrammatique (approximation des diagrammes en echelle)

Dans cette thèse, nous présentons une expérience produisant des condensats de Bose-Einstein de sodium. L'utilisation d'une puce à atomes, qui donne accès à des pièges magnétiques très allongés, permet de produire des gaz quantiques unidimensionnels dans le régime de quasi-condensat. Nous avons optimisé le refroidissement par évaporation et le transfert des atomes vers le piège magnétique de la puce à atomes. Nous nous sommes ensuite intéressés aux résonances de Feshbach micro-onde, dans le but de contrôler les interactions entre atomes, ce qui nécessite de fortes puissances micro-onde. Pour cela, nous utilisons un guide d'ondes coplanaire intégré à la puce à atomes. Des mesures d'oscillations de Rabi entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental du sodium f=1 et f=2 montrent que nous pouvons atteindre des amplitudes magnétiques de plusieurs gauss pour le champ oscillant. Nous avons effectué la spectroscopie micro-onde des états moléculaires de la branche [f1=1, f2=2] les plus proches de la limite de dissociation. Les pertes d'atomes rapides observées au voisinage des résonances moléculaires semblent limiter leur intérêt comme outil de contrôle des interactions. Dans une deuxième partie nous avons étudié numériquement la dynamique hors équilibre d'un gaz de Bose unidimensionnel dans une boîte, en résolvant l'équation de Gross-Pitaevskii 1D. Le système est conduit hors d'équilibre à l'aide d'un potentiel extérieur oscillant. Nous nous sommes notamment intéressés aux profils de densité, aux énergies et à la distribution en impulsion. Les méthodes de transformée de diffusion inverse, avec le calcul du spectre de Lax, permettent d'étudier les solitons du système
In this thesis, we present an experiment producing sodium Bose-Einstein condensates. The use of an atom chip, giving access to highly elongated magnetic traps, allows to produce one-dimensional quantum gases in the quasi-condensate regime. We optimized evaporative cooling and atom transfer in the magnetic trap of the atom chip. We then turned to microwave Feshbach resonances, with the aim of controlling the interactions between atoms, which requires high microwave power. To achieve this, the atom chip encompasses a coplanar waveguide. Rabi oscillations measurements between the two hyperfine levels of the sodium ground state f=1 and f=2 show that we can achieve magnetic amplitudes of several gauss for the oscillating field. We have performed microwave spectroscopy of the molecular states in the [f1=1, f2=2] branch closest to the dissociation limit. The rapid loss of atoms observed close to the molecular resonances seems to limit their use as a tool for interaction control.In a second part, we numerically study the non-equilibrium dynamics of a one-dimensional Bose gas in a box, by solving the 1D Gross-Pitaevskii equation. The system is driven out of equilibrium using an oscillating external potential. We focused on density profiles, energies and momentum distributions. Inverse scattering transform methods, with the calculation of the Lax spectrum, are used to study the solitons of the system

Les systèmes quantiques unidimensionnels à N corps présentent des comportements particuliers et intrigants liés à leur dimensionnalité réduite, qui amplifie l’effet des fluctuations et des corrélations. Les expériences de gaz d’atomes ultra-froids permettent d’isoler et de contrôler efficacement les paramètres du système et de simuler des systèmes modèles pour lesquels il existe de nombreux outils théoriques. Je présenterai ici les résultats des études réalisées pendant ma thèse de Doctorat, visant à explorer le comportement de gaz de Bose unidimensionnels (gaz de Lieb-Liniger) à l’équilibre et hors équilibre. Je donnerai notamment un aperçu de la boite à outils aujourd’hui disponible permettant de caractériser les propriétés thermodynamiques d’un gaz de Lieb-Liniger, et présenterai une étude détaillée du mode de respiration d’un tel système
One-dimensional quantum many-body systems exhibit peculiar and intriguing behaviors as a consequence of the reduced dimensionality, which enhances the effect of fluctuations and correlations. The high degree of isolation and controllability of experiments manipulating ultra-cold atomic gases allows for the experimental simulation of text-book models, for which many theory tools are available for quantitative comparison. I will present instances of such efforts carried out during my PhD thesis, namely, the studies performed to investigate the behavior of 1D Bose gas (Lieb-Liniger gas) at equilibrium and beyond. An overview of the toolbox available to date to characterize the equilibrium thermodynamics of a Lieb-Liniger gas will be shown, followed by a detailed study of the breathing mode of such a system

Ces dernières années d'importantes avancées techniques dans la manipulation des gaz atomiques ultrafroids ont ouvert la voie à la réalisation de fluides quantiques mésoscopiques de basse dimension. L'objet de cette thèse est l'étude théorique de certains systèmes mésoscopiques réalisables avec un gaz de Bose unidimensionel. Ces systèmes présentent des phénomènes quantiques intéressants, et sont potentiellement utiles en vue d'applications technologiques. Nous étudions le phénomène des courants permanents induits dans un gaz confiné sur un anneau par la rotation d'une barrière de potentiel, nous examinons la faisabilité d'un qubit fondé sur la superposition d'états de courant dans un réseau en forme d'anneau traversé par un champ de jauge et contenant un 'weak-link', ainsi que l'excitation dipolaire du gaz dans un 'split-trap' induit par le déplacement hors équilibre du potentiel externe. Dans tous ces cas, nous combinons diverses approches analytiques et numériques, qui permettent de couvrir l'ensemble des régimes d'interactions. Nous mettons en lumière un régime jusque-là inconnu, d'écrantage maximal des barrières de potentiel par le fluide, dû à une competition entre les effets des interactions et des fluctuations quantiques. Ces résultats ont des conséquences significatives sur le comportement de tels systèmes et, de ce fait, sont importants pour les réalisations en cours et à venir de dispositifs à gaz d'atomes ultrafroids
Thanks to the experimental breakthrough of the last years in the manipulation of ultra cold atomic gases, it has become possible to realize low-dimensional and mesoscopic quantum fluids. The object of this thesis is the theoretical investigation of a few mesoscopic systems that can be realized with a one-dimensional Bose gas. These systems exhibit interesting quantum phenomena, and are potentially relevant for technological applications. We study the phenomenon of persistent currents induced by stirring the gas confined on a ring with a potential barrier, we examine the feasibility of a qubit based on the superposition of current states in a ring lattice threaded by a gauge field in the presence of a weak-link, and we investigate the dipole excitation of the gas in a split trap induced by an out-of-equilibrium displacement of the external potential. In all these cases, we apply a combination of analytical and numerical approaches that allow to cover all the interaction regimes. As a recurring theme, we disclose a so-far unknown regime of maximal screening of the barrier potential by the fluid, arising from the interplay of effects due to interactions and quantum fluctuations. These results have significant consequences for the behaviour of such systems and are important for the ongoing and future realization of ultracold atomic gases devices

Nous présentons dans ce manuscrit des mesures de corrélations spatiales à un et deux corps effectuées sur un gaz de bosons unidimensionnel et ultra-froid piégé à la surface d'une microstructure. Les corrélations à deux corps sont mises en évidence par des mesures de fluctuations de densité in situ ; les corrélations à un corps sont sondées grâce à des mesures de distributions en impulsion. Nous avons observé des fluctuations de densité sub-poissoniennes dans le régime d'interactions faibles, mettant ainsi en évidence pour la première fois le sous-régime du régime de quasi-condensat dans lequel la fonction de corrélation à deux corps est dominée par les fluctuations quantiques. Nous avons également observé des fluctuations sub-poissoniennes quelle que soit la densité dans le régime d'interactions fortes ; notre mesure constitue la première observation d'un unique gaz de bosons unidimensionnel dans ce régime. Le piège magnétique que nous avons utilisé est un piège modulé qui possède la propriété remarquable de découplage entre confinements transverse et longitudinal. Cette spécificité nous a permis de façonner à volonté la forme du confinement longitudinal. En particulier, nous avons pu obtenir des pièges harmoniques et quartiques. Nous avons également utilisé les propriétés de ce piège modulé afin de réaliser une lentille magnétique longitudinale. Cette technique nous a permis de mesurer la distribution en impulsion du gaz, dans le régime d'interactions faibles. Nous présentons deux résultats, obtenus de part et d'autre de la transition molle entre les régimes de gaz de Bose idéal et de quasi-condensat. Sur le plan théorique, nous montrons qu'une théorie de champ classique ne suffit pas à décrire quantitativement cette transition molle pour les paramètres typiques de l'expérience. Nous avons donc recours à des calculs Monte-Carlo quantiques. La température extraite de l'ajustement de nos donnée par ces calculs est en bon accord avec celle obtenue en ajustant les fluctuations de densité in situ avec la thermodynamique de C. N. Yang et C. P. Yang. Enfin, nous démontrons une méthode de compensation de la gravité (piégeage harmonique résiduel) lors de la phase de lentille magnétique, qui nous permet d'améliorer considérablement la résolution en impulsion de cette technique.