Dissertations / Theses: 'Physique quantique à plusieurs corps'

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Victorin, Nicolas. "Gaz quantiques à plusieurs composantes sous champ de jauge." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY049.

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Abstract:

La première observation de la condensation de Bose-Einstein (BEC) dans les vapeurs atomiques diluées a été une percée fondamentale, vérifiant le concept théorique prédit par Bose et Einstein il y a plusieurs décennies, révélant la propriété statistique des particules quantiques. Depuis lors, un nouveau champ est apparu et les expérimentateurs sont en mesure d'étudier cette matière artificielle de manière très propre et contrôlable. Les systèmes à atomes froids nous permettent d’explorer toute une série de phénomènes fondamentaux extrêmement difficiles voire impossibles à étudier dans des matériaux réels, tels que l’oscillation de Bloch, la transition superfluide-Mott, la topologie de la structure de la bande, le magnétisme orbital, pour ne nommer que ceux-ci. Ces progrès permettent la simulation quantique d'une grande classe d'hamiltoniens soumis au champ magnétique. En effet, les phénomènes de matière condensée sous de forts champs magnétiques intriguent toujours et sont au centre des recherches modernes. Une échelle est la géométrie la plus simple où l'on peut avoir un aperçu des effets d’un champ de jauge synthétique.dans un systèmes quantiques à deux dimensions.La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude de l'échelle à double anneau soumise à des flux de jauge.À travers des calculs numériques et analytiques, nous explorons le diagramme de phases du système en révélant les phases connues telles que la phase de Meissner, vortex et « biased ladder » phases, ainsi que l’effet de commensurabilité du flux total. Grâce à l'approximation de Bogoliubov, nous pouvons déduire le spectre d'excitation du système et la nature des modes à basse énergie dans les différentes phases, révélant des effets de supersolidités ainsi d'oscillation de Josephson entre les anneaux. Le régime d'interaction infinie entre le boson nous a permis d'utiliser une cartographie exacte entre fermions et bosons à l'aide de la transformation de Jordan-Wigner pour caractériser les propriétés de l'état fondamental. Nous explorons le régime intermédiaire des interactions via la théorie des Liquide de Luttinger. Grâce à l’expansion de mode et à l’approche de re-fermionisation de l’Hamiltonien bosonisé du double anneau sous flux de jauge, nous montrons les particularités de la condition aux limites périodiques de taille finie sur le courant dans le double anneau en présence d’une barrière permettant la simulation d’un champ de jauge.Les excitons-polaritons dans les microcavités semi-conductrices constituent un formidable terrain de jeu pour l'étude des fluides quantiques de la lumière où des effets remarquables, similaires à ceux observés dans les expériences sur les atomes froids, se produisent. Même si ce fluide quantique de lumière est supposé être composé d’un état macroscopiquement occupé la nature hors équilibre du gaz rend la comparaison avec les condensats typiques des expériences d’atomes froids plutôt non triviale.La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude des excitons-polariton dans le réseau en nid d'abeille. Dans ces réseaux les excitations à faible énergie sont des particules de Dirac sans masse et chirales. Les exciton-polaritons, qui sont des particules composites de lumière, retrouvent leur caractère relativiste dans ce reseau mais dans un contexte où la condensation est possible. Les caractéristiques des bosons dans le réseau en nid d’abeilles, y compris les fonctions de Green retardés, le mécanisme de sélection de la zone de Brillouin et le lien avec la géométrie du réseau. Nous montrons que les modes de désintégration sont supprimés en raison de la symétrie du réseau menant à la possibilité de créer un état sombre polaritonique. On obtient ensuite le spectre d’excitation de Bogoliubov. La courbe de bistabilité habituelle est instable au-dessus du point C, montrant la chute de la théorie du champ moyen en raison de la possibilité d'un état hautement non classique. Enfin, expérience et théorie sont comparées
The first observation of Bose-Einstein condensation (BEC) in dilute atomic vapors has been a breakthrough both fundamentally, verifying theoretical concept predicted by Bose and Einstein several decades ago, revealing the statistical property of quantum particles. Since then, a new field has emerged and experimentalists are able to study this artificial matter in a very clean and controllable way. Cold-atom systems allows us to explore a whole range of fundamental phenomena that are extremely difficult or impossible to study in real materials, such as Bloch oscillation, Mott-superfluid transition, topology of band structure, orbital magnetism just to name a few. These progresses allow the quantum simulation of a large class of Hamiltonians subjected to magnetic field. Indeed, condensed matter phenomena under strong magnetic fields are still intriguing and are at the center of modern research. For instance, topological states of matter are realized in quantum Hall systems. A ladder is the simplest geometry where one can get some insight on two-dimensional quantum systems subjected to a synthetic gauge field.The first part of this thesis is dedicated to the study of double ring ladder subjected to gauge fluxes.Through both numerical and analytical calculation we explore the phase diagram of the system revealing known phases such as Meissner, vortex and biased ladder phase and the effect of commensurability of the total flux. Thanks to Bogoliubov approximation we are able to derive the excitation spectrum of the system and the nature of the low energy modes in the different phases revealing supersolid features as well as Josephson oscillation between the rings. The regime of infinite interaction between the boson enabled us to use exact mapping into fermions using Jordan-Wigner transformation to characterize the properties of the ground state. We explore the intermediate regime of interactions. Thanks to mode expansion and re-fermionization approach of the bosonized Hamiltonian of the double ring under gauge flux, we show the peculiarities of finite size periodic boundary condition on the current in the double ring with a rotating barrier inducing gauge flux.Exciton-polaritons in semiconductor microcavities constitute an amazing playground to study quantum fluids of light where remarkable effects, similar to those observed in cold atoms experiments, arise. Even though this quantum fluid of light is assumed to be composed, almost, upon pure condensate, the non-equilibrium nature of the gas make the comparison with typical condensates in cold atom experiment rather non trivial.The second part of the thesis is devoted to the study of excitons-polariton in honeycomb lattice. One of the most interesting aspect of the honeycomb lattice problem is that its low-energy excitations are massless, chiral, Dirac particles. Exciton-polariton, which are composite particle of light, in this lattice get back the relativist character of light but in a context where condensation is possible. Features of bosons in honeycomb lattice including retarded Green’s functions, Brillouin-zone selection mechanism and link between geometry of the lattice. We show that decay mode are suppressed as a consequence of the symmetry of the lattice leading to the possibility to engineer polaritonic dark-state. Then we obtain the Bogoliubov excitation spectrum of exciton-polariton. The usual bistability curve is shown to be unstable above C point showing the break-down of mean-field theory because of possible highly non-classical state. Finally experiment and theory are compared

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Mei, P. "Spatial particle correlations in 6He and 8He." Phd thesis, Université de Caen, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00636356.

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Abstract:

Dans un système nucléaire, chaque nucléon est soumis aux forces nucléaires exercées par les autres. L'état fondamental témoigne de la nature des interactions. La fonction d'onde d'un noyau est une mesure de la probabilité d'une géométrie particulière. De ce fait, elle montre une image illustrative des structures géométriques à l'intérieur du noyau. La connaissance des géométries de la matière nucléaire dans des états quantiques spécifiques aide à comprendre la structure et les interactions nucléaires, fournit une validation théorique et permet une prédiction des résultats expérimentaux. Cette thèse porte sur les géométries des systèmes à deux et à quatre particules identiques, en particulier celles résultant du caractère attractif et à courte portée d'interactions nucléaires. Pour les systèmes à deux particules couplées à un moment angulaire arbitraire, on trouve des configurations spatiales et angulaires distinctes liées aux nombres quantiques, ce qui est expliqué analytiquement. L'application au 6He, un noyau halo Borroméen, avec d'abord l'interaction et ensuite l'interaction d'appariement montre la coexistence de la configuration di-neutron et de la cigare, avec une prédominance de la première sur la dernière. Quant aux systèmes à quatre particules, 8He est étudié comme prototype. L'expression de la densité de probabilité angulaire est déduite analytiquement pour un état 0+ général. Les configurations avec la densité de probabilité angulaire maximale entrent dans deux catégories de géométries avec des symétries spécifiques, ce qui peut être considéré comme la généralisation des géométries d'un système à deux particules à celles d'un système à quatre particules.

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Voliotis, Dimitrios. "Contribution à l’étude des chaînes de spin quantique avec une perturbation aléatoire ou apériodique." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0253/document.

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Abstract:

Au cours de cette thèse, nous avons étudié le comportement critique de chaînes de spins quantiques en présence de couplages désordonnés ou répartis de manière apériodique. Il est bien établi que le comportement critique des chaînes de spins quantiques d’Ising et de Potts est gouverné par le même point fixe de désordre infini. Nous avons implémenté́ une version numérique de la technique de renormalisation de désordre infini (SDRG) afin de tester cette prédiction. Dans un second temps, nous avons étudié la chaîne quantique d’Ashkin-Teller désordonnée par renormalisation de la matrice densité́ (DMRG). Nous confirmons le diagramme de phase précédemment proposé en déterminant la position des pics du temps d’autocorrélation intégré des corrélations spin-spin et polarisation-polarisation ainsi que ceux des fluctuations de l’aimantation et de la polarisation. Enfin, l’existence d’une double phase de Griffiths est confirmée par une étude détaillée de la décroissance des fonctions d’autocorrélation en dehors des lignes critiques. Comme attendu, l’exposant dynamique diverge à l’approche de ces lignes. Dans le cas apériodique, nous avons étudié les chaînes quantiques d’Ising et de Potts. En utilisant la méthode SDRG, nous avons confirmé les résultats connus pour la chaîne d’Ising et proposé des estimations de la dimension d’échelle magnétique. Dans le cas du modèle de Potts à q états, nous avons estimé l’exposant magnétique et observé qu’il était indépendant du nombre d’états q pour toutes les séquences dont l’exposant de divagation est nul. Toutefois, nous montrons que l’exposant dynamique est fini et augmente avec le nombre d’états q. En revanche, pour la séquence de Rudin-Shapiro, les résultats sont compatibles avec un point fixe de désordre infini et donc un exposant dynamique infini
In the present thesis, the critical and off-critical behaviors of quantum spin chains in presence of a random or an aperiodic perturbation of the couplings is studied. The critical behavior of the Ising and Potts random quantum chains is known to be governed by the same Infinite-Disorder Fixed Point. We have implemented a numerical version of the Strong-Disorder Renormalization Group (SDRG) to test this prediction. We then studied the quantum random Ashkin-Teller chain by Density Matrix Renormalization Group. The phase diagram, previously obtained by SDRG, is confirmed by estimating the location of the peaks of the integrated autocorrelation times of both the spin-spin and polarization-polarization autocorrelation functions and of the disorder fluctuations of magnetization and polarization. Finally, the existence of a double-Griffiths phase is shown by a detailed study of the decay of the off-critical autocorrelation functions. As expected, a divergence of the dynamical exponent is observed along the two transition lines. In the aperiodic case, we studied both the Ising and Potts quantum chains. Using numerical SDRG, we confirmed the known analytical results for the Ising chains and proposed a new estimate of the magnetic scaling dimension.For the quantum q-state Potts chain, we estimated the magnetic scaling dimension for various aperiodic sequences and showed that it is independent of q for all sequences with a vanishing wandering exponent. However, we observed that the dynamical exponent is finite and increases with the number of states q. In contrast, for the Rudin-Shapiro sequence, the results are compatible with an Infinite-Disorder Fixed Point with a diverging dynamical exponent, equipe de renormalization

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Scarlatella, Orazio. "Driven-Dissipative Quantum Many-Body Systems." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS281/document.

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Abstract:

Ma thèse de doctorat était consacrée à l'étude des systèmes quantiques à plusieurs corps dissipatifs et pilotés. Ces systèmes représentent des plateformes naturelles pour explorer des questions fondamentales sur la matière dans des conditions de non-équilibre, tout en ayant un impact potentiel sur les technologies quantiques émergentes. Dans cette thèse, nous discutons d'une décomposition spectrale de fonctions de Green de systèmes ouverts markoviens, que nous appliquons à un modèle d'oscillateur quantique de van der Pol. Nous soulignons qu’une propriété de signe des fonctions spectrales des systèmes d’équilibre ne s’imposait pas dans le cas de systèmes ouverts, ce qui produisait une surprenante "densité d’états négative", avec des conséquences physiques directes. Nous étudions ensuite la transition de phase entre une phase normale et une phase superfluide dans un système prototype de bosons dissipatifs forcés sur un réseau. Cette transition est caractérisée par une criticité à fréquence finie correspondant à la rupture spontanée de l'invariance par translation dans le temps, qui n’a pas d’analogue dans des systèmes à l’équilibre. Nous discutons le diagramme de phase en champ moyen d'une phase isolante de Mott stabilisée par dissipation, potentiellement pertinente pour des expériences en cours. Nos résultats suggèrent qu'il existe un compromis entre la fidélité de la phase stationnaire à un isolant de Mott et la robustesse d'une telle phase à taux de saut fini. Enfin, nous présentons des développements concernant la théorie du champ moyen dynamique (DMFT) pour l’étude des systèmes à plusieurs corps dissipatifs et forcés. Nous introduisons DMFT dans le contexte des modèles dissipatifs et forcés et nous développons une méthode pour résoudre le problème auxiliaire d'une impureté couplée simultanément à un environnement markovien et à un environnement non-markovien. À titre de test, nous appliquons cette nouvelle méthode à un modèle simple d’impureté fermionique
My PhD was devoted to the study of driven-dissipative quantum many-body systems. These systems represent natural platforms to explore fundamental questions about matter under non-equilibrium conditions, having at the same time a potential impact on emerging quantum technologies. In this thesis, we discuss a spectral decomposition of single-particle Green functions of Markovian open systems, that we applied to a model of a quantum van der Pol oscillator. We point out that a sign property of spectral functions of equilibrium systems doesn't hold in the case of open systems, resulting in a surprising ``negative density of states", with direct physical consequences. We study the phase transition between a normal and a superfluid phase in a prototype system of driven-dissipative bosons on a lattice. This transition is characterized by a finite-frequency criticality corresponding to the spontaneous break of time-translational invariance, which has no analog in equilibrium systems. Later, we discuss the mean-field phase diagram of a Mott insulating phase stabilized by dissipation, which is potentially relevant for ongoing experiments. Our results suggest that there is a trade off between the fidelity of the stationary phase to a Mott insulator and robustness of such a phase at finite hopping. Finally, we present some developments towards using dynamical mean field theory (DMFT) for studying driven-dissipative lattice systems. We introduce DMFT in the context of driven-dissipative models and developed a method to solve the auxiliary problem of a single impurity, coupled simultaneously to a Markovian and a non-Markovian environment. As a test, we applied this novel method to a simple model of a fermionic, single-mode impurity

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Cecile, Mario Guillaume. "Exploring quantum dynamics : from hydrodynamics to measurement induced phase transition." Electronic Thesis or Diss., CY Cergy Paris Université, 2024. http://www.theses.fr/2024CYUN1298.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous plongeons dans le monde de la dynamique quantique, dans le but de comprendre les comportements complexes qui se manifestent dans les systèmes quantiques à plusieurs corps et l'émergence des comportements hydrodynamiques. À travers les chapitres, nous simplifions les concepts clés essentiels à la compréhension du fonctionnement des systèmes quantiques. Le Chapitre 1 présente un aperçu des concepts fondamentaux sur les phénomènes émergents dans les systèmes quantiques intégrables et l'hydrodynamique généralisée, qui est essentiel pour comprendre les complexités de la dynamique quantique. De plus, nous proposons une introduction approfondie aux États de Produit de Matrice, qui sont un outil précieux pour simuler efficacement la dynamique quantique dans les systèmes 1D. Dans le Chapitre 2, nous développons un modèle pour décrire la relaxation des hélices de spin en utilisant le cadre de la dynamique hydrodynamique généralisée avec des corrections diffusives et une version modifiée de l'approximation de la densité locale. Notre analyse démontre que ce cadre hydrodynamique reproduit avec précision les dynamiques de relaxation observées expérimentalement. De plus, il prédit le comportement de relaxation à long terme, qui dépasse les échelles de temps accessibles expérimentalement. Notre cadre théorique élucide l'apparition de régimes temporels présentant une diffusion apparemment anormale et met en évidence l'asymétrie entre les régimes d'anisotropie positifs et négatifs à court et à moyen terme. Le Chapitre 3 explore les phénomènes intrigants observés dans le régime de l'axe facile |Δ| ≥ 1, où les états initiaux sans fluctuations magnétiques se relaxent localement vers un état d'équilibre exotique que nous appellerons ensemble généralisé de Gibbs compressé. Au point isotrope, nous avons trouvé un comportement inhabituel qui dépend explicitement de l'état initial. En particulier, pour l'état de Néel, nous avons trouvé des fluctuations étendues et un exposant dynamique super-diffusif compatible avec l'universalité de Kardar-Parisi-Zhang. Pour un autre état initial sans fluctuations, par exemple, l'état produit de singulets de spin, nous avons trouvé une mise à l'échelle diffusive. Dans le Chapitre 4, nous étudions l'évolution temporelle de chaînes de spin quantiques étendues sous surveillance continue en utilisant des états de produit de matrice avec une dimension de liaison fixe, en employant l'algorithme du Principe Variationnel Dépendant du Temps. Cet algorithme produit une évolution non linéaire classique efficace avec une charge conservée, offrant une approximation de l'évolution quantique réelle avec une certaine erreur. Nous constatons que le taux d'erreur présente une transition de phase lorsque la force de la surveillance varie, et cette transition peut être identifiée avec précision grâce à une analyse de mise à l'échelle avec des dimensions de liaison relativement petites. Notre approche permet une détermination numérique efficace des paramètres critiques associés aux transitions de phase induites par la mesure dans les systèmes quantiques à plusieurs corps. De plus, en présence d'une charge de spin globale U(1), nous observons une transition distincte d'affinement de la charge, qui se produit indépendamment de la transition d'entrelacement. Cette transition est identifiée en analysant les fluctuations de charge dans un sous-ensemble local du système sur des périodes de temps étendues. Nos découvertes mettent en évidence l'efficacité de l'évolution temporelle TDVP comme moyen de détecter les transitions de phase induites par la mesure dans des systèmes de dimensions et de tailles variables.Enfin, le dernier chapitre offre un résumé conclusif des résultats et discute des pistes potentielles pour la recherche future
In this thesis, we take a deep dive into the world of quantum dynamics, aiming to understand the complex behaviours that arise in quantum many-body systems and the emergence of hydrodynamics behaviour. Throughout the chapters, we simplify key concepts essential for understanding how quantum systems operate. Chapter 1 presents an overview of fundamental concepts on emergent phenomena in quantum integrable systems and generalized hydrodynamics, which is essential to understand the complexities of quantum dynamics. Additionally, we offer an in-depth introduction to Matrix Product States, which are a valuable tool for efficiently simulating quantum dynamics in 1D systems. In Chapter 2, we develop a model to describe the relaxation of spin helices using the framework of generalized hydrodynamics with diffusive corrections and a modified version of the local density approximation. Our analysis demonstrates that this hydrodynamic framework accurately reproduces the experimentally observed relaxation dynamics. Additionally, it predicts the long-term relaxation behaviour, which lies beyond the experimentally accessible time scales. Our theoretical framework elucidates the occurrence of temporal regimes exhibiting seemingly anomalous diffusion and highlights the asymmetry between positive and negative anisotropy regimes at short and intermediate time intervals. Chapter 3 delves into the intriguing phenomena observed in the easy-axis regime |Δ| ≥ 1, where initial states with zero magnetic fluctuations instead locally relax to an exotic equilibrium states that we will refer to as squeezed generalized Gibbs ensemble. At the isotropic point, interestingly, we found an unusual behaviour which explicitly depend on the initial state. Namely, for the Néel state, we found extensive fluctuations and a super-diffusive dynamical exponent compatible with Kardar-Parisi-Zhang universality. For another non-fluctuating initial state, e.g., product state of spin singlets, we instead found diffusive scaling. In Chapter 4, we investigate the time evolution of an extended quantum spin chains under continuous monitoring using matrix product states with a fixed bond dimension, employing the Time-Dependent Variational Principle algorithm. This algorithm yields an effective classical nonlinear evolution with a conserved charge, offering an approximation to the true quantum evolution with some error. We find that the error rate exhibits a phase transition as the strength of the monitoring varies, and this transition can be accurately identified through scaling analysis with relatively small bond dimensions. Our approach enables efficient numerical determination of critical parameters associated with measurement-induced phase transitions in many-body quantum systems. Furthermore, in the presence of U(1) global spin charge, we observe a distinct charge-sharpening transition, which occurs independently of the entanglement transition. This transition is identified by analysing the charge fluctuations within a local subset of the system over extended time periods. Our findings highlight the effectiveness of TDVP time evolution as a means to detect measurement-induced phase transitions in systems of varying dimensions and sizes.Finally, the last chapter provides a conclusive summary of the findings and discusses potential avenues for future research

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Molineri, Anaïs. "Un nouveau dispositif pour étudier la relaxation d'un système quantique à N corps." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLO013/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse portent sur la construction d'une nouvelle expérience d'atomes froids de strontium 84, depuis ses balbutiements jusqu'à l'obtention des pièges magnéto-optiques sur la raie large à 461 nm, puis sur la raie étroite à 689 nm.Les études menées avec cette expérience porteront sur la dynamique de relaxation de gaz quantiques placés initialement en situation hors-équilibre. Pour réaliser de telles expériences, un microscope à atomes sera mis en place prochainement et permettra de mesurer des fonctions de corrélations spatiales à partir de la répartition des atomes dans le piège optique bidimensionnel. C'est pourquoi, en parallèle du montage, des travaux ont été réalisés pour mettre au point un algorithme de reconstruction, indispensable au traitement des futures images obtenues par ce microscope. Ce manuscrit de thèse a pour objectif de détailler et justifier aussi précisément que possible les choix expérimentaux qui ont été effectués et de présenter le stade actuel d'avancement de l'algorithme de reconstruction d'images. Il reste encore quelques étapes de construction avant que le dispositif expérimental soit achevé: ajouter une chambre dans laquelle les mesures auront lieu, mettre en place le système d'imagerie et monter le système optique qui permettra de transporter les atomes entre les chambres à vide, les confiner dans un plan, d'effectuer la transition vers un condensat de Bose-Einstein et enfin les soumettre à un réseau optique bidimensionnel
This manuscript presents the first steps of a new ultracold atoms experiment using strontium 84. The aim of this experiment is to study the relaxation dynamics of quantum gases initially prepared in an out-of-equilibrium state. This experiment will include a quantum gas microscope, allowing us to measure spatial correlation functions in two-dimensionnal systems. The current state of the construction allows us to generate both magneto-optical trap of strontium: along its wide transition at 461 nm and its narrow transition at 689 nm. Concurrently with the experimental setup, we carried out works on a reconstruction algorithm required for the future data processing of the microscope images. This manuscript details experimental aspects, justifying their choices, and presents the current state of work on the reconstruction algorithm. There are still steps to complete the experimental setup: add a chamber where we will make the measurements to the vaccuum system, set up the quantum gaz microscope and all the required optics to transport the atomic clouds between two vaccuum chambers, to reach Bose-Einstein condensation and to confine the atoms in two-dimensionnal optical traps

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CHAU, Huu-Tai. "Symétrie et géométrie du problème à N-corps. Application à la physique nucléaire." Phd thesis, Université de Caen, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002252.

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Abstract:

La résolution du problème à N-corps constitue aussi bien en mécanique classique qu'en mécanique quantique un des grands enjeux de la physique. En physique nucléaire, diverses méthodes ont été développées pour obtenir des solutions approchées permettant de décrire convenablement les propriétés des noyaux (spectres, transitions électromagnétiques...). Dans cette thèse, nous avons tout d'abord rappelé comment les symétries pouvaient être utilisées pour obtenir des solutions exactes. Nous avons notamment insisté sur le rôle occupé par l'algèbre unitaire en mécanique quantique et nous avons développé et implémenté une façon de construire les représentations irréductibles de cette algèbre à partir d'un état dit de poids maximal et dans lesquelles ont été calculés les spectres de systèmes bosoniques et fermioniques aussi bien avec des interactions réalistes qu'avec des interactions aléatoires. L'utilisation d'interactions aléatoires à 1- et 2-corps conservant le moment angulaire a révélé que certaines caractéristiques des spectres (état fondamental de moment angulaire nul, existence de bandes rotationnelles, vibrationnelles...) étaient robustes. Ainsi dans une seconde partie, nous avons montré que le choix de l'espace de valence conditionne fortement les spectres possibles d'un système quantique : en particulier, nous avons élaboré une méthode géométrique qui, dans certains cas, permet de prévoir les propriétés du fondamental. Nous avons également présenté des résultats numériques dans des situations où la méthode géométrique ne s'applique pas. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés au lien entre le chaos et les spectres des noyaux obtenus avec des interactions réalistes.

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Frerot, Irénée. "Corrélations quantiques : une approche de physique statistique." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEN061/document.

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Abstract:

La notion de cohérence, intimement liée à celle de dualité onde-corpuscule, joue un rôle central en mécanique quantique. Lorsque la cohérence quantique s'étend sur plusieurs particules au sein d'un système, la description en termes d'objets individuels devient impossible en raison des corrélations quantiques (ou intrication) qui se développent. Dans ce manuscrit, nous étudions les systèmes à l'équilibre, pour lesquels nous montrons que les fluctuations cohérentes viennent s'ajouter aux fluctuations prédites par des identités thermodynamiques valides pour les systèmes classiques. Au zéro absolu, les fluctuations cohérentes sont les seules à subsister, et nous étudions dans ce cas leur lien avec l'entropie d'intrication. Nous montrons en particulier qu'une hypothèse de température effective modulée spatialement rend compte de la structure de l'intrication au sein d'un système à N corps, et montrons comment cette température peut être extraite des corrélations usuelles. Nos résultats permettent par ailleurs une compréhension affinée des transitions de phase quantiques. Nous montrons par exemple que la transition entre un isolant de Mott bosonique et un superfluide donne lieu à une singularité de l'entropie d'intrication induite par les fluctuations d'amplitude de la phase du condensat. Nous identifions enfin une longueur de corrélation pilotant les lois d'échelles des fluctuations cohérentes au sein de l'éventail critique avoisinant une transition de phase quantique du second ordre, et proposons une ouverture vers les potentielles applications métrologiques de ces fluctuations cohérentes exceptionnellement fortes en nous appuyant sur l'exemple du modèle d'Ising
The notion of coherence, intimately related to the notion of wave-particle duality, plays a central role in quantum mechanics. When quantum coherence extends over several particles inside a system, the description in terms of individual objects becomes impossible, due to the development of quantum correlations (or entanglement). In this manuscript, we focus on equilibrium systems, for which we show that coherent fluctuations add up to the fluctuations predicted by thermodynamic identities, valid for classical systems only. In the ground state, coherent fluctuations are the only ones to subsist, an in this case we study their relationship with entanglement entropy. We show in particular that an hypothesis of effective temperature, spatially modulated, captures the structure of entanglement in a many-body system, and we show how this temperature can be reconstructed from usual correlation functions. Our results also enable for a refined understanding of quantum phase transitions. We show in particular that the phase transition between a bosonic Mott insulator and a superfluid gives rise to a singularity of entanglement entropy induced by amplitude fluctuations of the phase of the condensate. We finally identify a coherence length governing the scaling behaviour of coherent fluctuations inside the quantum critical region in the finite-temperature vicinity of a quantum critical point, and open novel perspectives for the metrological advantage offered by the exceptional coherence which develops close to quantum critical points, based on the example of the quantum Ising model

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Chau, Huu-Tai Pierre. "Symétrie et géométrie du problème à N-corps : application à la physique nucléaire." Caen, 2002. http://www.theses.fr/2002CAEN2029.

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Abstract:

Ce travail porte sur la mesure de temps de fission par la technique d'ombre dans les monocristaux et l'interprétation de ces temps en termes de dissipation nucléaire. Nous avons étudié la fission de noyaux voisins du plomb dans la réaction 208Pb+Si à 29 MeV/u à GANIL. La fission est sélectionnée par identification des numéros atomiques Z1 et Z2 des deux fragments de fission F1 et F2. La mesure de la distribution angulaire du fragment F1 émis avec une vitesse presque parallèle à la direction de l'axe <110> du monocristal de silicium permet d'accéder aux effets d'ombre. Cette distribution présente un creux dans la direction de l'axe <110> dont le taux de remplissage et la forme dépendent directement du temps mis par le noyau pour fissionner. La sélection événement par événement de l'énergie d'excitation s'est faite à l'aide de la réponse rapide d'ORION, un détecteur 4π de neutrons, et a permis un suivi des creux de blocage avec l'énergie d'excitation. Les taux de remplissage montrent des évolutions avec l'énergie d'exclitation qui dépendent de la valeur de Z1+Z2. [etc]

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Pomeransky, Andrei A. "Intrication et imperfections dans le calcul quantique." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30132.

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Abstract:

L'information quantique est un nouveau domaine de la physique, qui consiste à employer les systèmes quantiques dans le calcul et la transmission de l'information. Les ordinateurs quantiques utilisent les lois de la mécanique quantique pour exécuter des calculs d'une manière bien plus efficace que les ordinateurs existants. Les ordinateurs quantiques seraient influencés par des perturbations diverses. Nous étudions, dans les cas de deux calculs quantiques très différents, l'efficacité des ordinateurs quantiques en présence d'imperfections statiques. Une des raisons fondamentales de l'efficacité extraordinaire de l'ordinateur quantique est l'effet de l'intrication quantique. Dans cette thèse nous étudions certaines propriétés importantes d'une certaine mesure quantitative d'intrication largement utilisée. Nous considérons également l'entropie informationnelle moyenne des états quantiques, puis nous trouvons une expression explicite pour cette quantité et étudions ses propriétés les plus importantes
Quantum information is a new domain of physics, which studies the applications of quantum systems to the computation and to the information transmission. The quantum computers use the lows of quantum mechanics to perform the calculations much more efficiently than all currently existing computers can. The quantum computers will be influenced by all kinds of perturbations. We study, in the case of two very different quantum computations, the efficiency of the quantum computers in the presence of the static imperfections. One of the fundamental reasons of the extraordinary efficiency of the quantum computers is the effect of quantum entanglement. In the present thesis we study certain important properties of a widely used quantitative measure of entanglement. We consider also the average informational entropy of quantum states, find an explicit expression for this quantity and study some its most important properties

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Rotureau, Jimmy. "Modèle en couches avec plusieurs particules dans le continuum : description de la radioactivité deux protons." Caen, 2005. http://www.theses.fr/2005CAEN2003.

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Abstract:

Les observations expérimentales récentes concernant les noyaux aux limites de la stabilité et en particulier les systèmes émetteurs de deux protons nécessitent le développement de nouvelles méthodologies pour comprendre les propriétés de ces noyaux exotiques. Dans ce travail nous avons étendu le formalisme du modèle en couches avec couplages aux états du continuum (SMEC) de façon à pouvoir considérer le couplage avec deux particules dans le continuum. Nous avons ainsi obtenu une description microscopique de l'émission deux-protons qui prend en compte l'antisymétrisation de la fonction d'onde totale du système, le mélange de configurations et l'asymptotique à trois corps. Nous avons étudié la décroissance du second état 1- du 18Ne dans les cas limites (i) d'une émission séquentielle de deux protons via le continuum corrélé du 17F et (ii) d'une émission d'un cluster d'2He qui se désintègre ensuite par l'interaction dans l'état final (diproton). Indépendamment du choix de l'interaction effective nous avons constaté que l'émission des deux protons depuis le second état 1- du 18Ne se fait majoritairement par le processus séquentiel; le rapport entre les largeurs associées à l’émission d'un diproton et à l’émission séquentielle étant inférieur à 8% dans tous les cas.

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Lienhard, Vincent. "Physique quantique expérimentale à N corps dans des matrices d'atomes de Rydberg. Des modèles de spins à la matière topologique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-02949007.

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Abstract:

Des atomes individuels piégés dans des matrices de pinces optiques et excités vers des états de Rydberg forment une plateforme expérimentale performante pour la simulation quantique de problèmes à N corps, comme le confirment les récents progrès dans le domaine. Lors de cette thèse, nous avons d’abord montré la production de matrices de pinces optiques, toutes chargées par des atomes uniques dans leur état fondamental. Notre technique de piégeage a été étendue au cas des atomes de Rydberg. Ces derniers sont chassés des zones de haute intensité par la force pondéromotrice. Par conséquent, nous avons créé par holographie des zones sombres entourés de lumière, pour les confiner. Nous avons aussi étudié les corrélations entre spins dans le cas des Hamiltoniens d’Ising ou XY, en utilisant le régime d’interaction de van der Waals ou dipolaire résonnant. Lors de notre étude du modèle d’Ising, nous avons observé l’apparition de corrélations antiferromagnétiques au cours d’une variation temporelle de l’Hamiltonien, mettant en évidence une vitesse effective pour la propagation des corrélations, ainsi qu’un mécanisme caractéristique de croissance site-à-site. Pour le modèle XY, nous avons montré la préparation d’un nombre contrôlé d’excitations de spin, ainsi que la production de chaînes ferromagnétiques, ou d’un ensemble de chaînes ferromagnétiques anti-alignées deux à deux. Enfin, nous avons utilisé d’autres termes d’échange, présents dans l’interaction dipolaire, pour créer des amplitudes de saut complexe pour une particule effective. Cette utilisation a conduit à l’apparition d’un champ de jauge artificiel, dont l’effet a été mesuré sur un système minimal composé de trois atomes, et ouvre la voie à l’observation d’états de bords chiraux, caractéristiques des isolants topologiques
Rydberg-based platforms, involving single atoms trapped in arrays of optical tweezers and excited to Rydberg states, have recently proven attractive to perform quantum simulation of many-body physics. In this thesis, we first demonstrated the generation of arrays of optical tweezers fully loaded by single ground-state atoms. The trapping technique was then extended for Rydberg atoms. The latest are repelled from high-intensity regions via the ponderomotive force, so we created holographically dark regions surrounded by light to confine them. We also studied spin-spin correlations in artificial Ising or XY magnets, engineered by using either the van der Waals or the resonant dipolar coupling between Rydberg atoms. In the Ising case, we observed the growth of antiferromagnetic correlations during a dynamical tuning of the Hamiltonian, revealing an effective velocity for the spreading of correlations, and a typical site to site build-up mechanism. In the XY case, we demonstrated the preparation of a controlled number of spin excitations, and the generation of 1D XY ferromagnets and a 2D stripy order phase (ferromagnetic chains anti-aligned with respect to each other). Finally, we used additional exchange terms of the dipole-dipole interaction to engineer complex hopping amplitudes for an effective particle. This resulted in the emergence of an artificial gauge field, characterized on a minimal three-atom system, and opens the way to the observation of chiral edge states, a signature of topological insulators

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Rotureau, J. "Modèle en couches avec plusieurs particules dans le continuum : description de la radioactivité deux protons." Phd thesis, Université de Caen, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008959.

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Abstract:

Les observations expérimentales récentes concernant les noyaux aux limites de la stabilité et en particulier les systèmes émetteurs de deux protons nécessitent le développement de nouvelles méthodologies pour comprendre les propriétés de ces noyaux exotiques. Dans ce travail nous avons étendu le formalisme du modèle en couches avec couplages aux états du continuum (SMEC) de façon à pouvoir considérer le couplage avec deux particules dans le continuum. Nous avons ainsi obtenu une description microscopique de l'émission deux-protons qui prend en compte l'antisymétrisation de la fonction d'onde totale du système, le mélange de configuration et l'asymptotique à trois corps. Nous avons étudié la décroissance de l'état $1^(-)_(2)$ du du $^(18)$Ne dans les cas limites (i) d'une émission séquentielle de deux protons via le continuum corrélé du $^(17)$F et (ii) d'une émission d'un cluster d'$^(2)$He qui se désintègre ensuite par l'interaction dans l'état final (diproton). Indépendamment du choix de l'interaction effective, nous avons constaté que l'émission de deux protons depuis l'état $1^(-)_(2)$ du $^(18)$Ne se fait majoritairement par le processus séquentiel; le rapport entre les largeurs associées à l'émission d'un diproton et à l'émission séquentielle étant inférieur à 8% dans tous les cas.

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Garioud, Renaud. "When perturbation theory goes non-perturbative : applications to strongly-correlated systems." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAX052.

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Abstract:

Cette thèse concerne le développement et l’utilisation de nouveaux algorithmes pour l’étude théorique de systèmes quantiques fortement corrélés. Il s’agit de systèmes dans lesquels les interactions, par exemple l’interaction de Coulomb répulsive entre les électrons d’un matériau, induisent des phénomènes physiques remarquables (comme la supraconductivité à haute température critique) qui ne peuvent être décrits dans le cadre d’une théorie standard à un corps. Pour comprendre l’origine de ces phénomènes, il est indispensable de traiter l’ensemble des particules et leurs interactions: on parle du problème à N -corps.Le projet de thèse consiste à continuer le développement, l’analyse et l’application des méthodes numériques dites diagrammatiques à ces systèmes. Si des progrès ont été faits, il reste beaucoup de questions fondamentales ouvertes quant à l’utilisation de méthodes perturbatives pour décrire un système qui est,par nature, dans un régime non-perturbatif. Quelles sont les limites de ces approches? Comment se manifestent les effets des corrélations dans la structure des séries perturbatives?Les développements algorithmiques seront utilisés pour l’étude de modèles de systèmes fortement corrélés, comme le modèle de Hubbard, ce qui permettra d’aborder des questions physiques d’intérêt actuel, en particulier en relation avec la physique des corrélations magnétiques et du pseudo-gap dans les cuprates supraconducteurs ou avec l’existence d’une transition de Mott sans phase ordonnée préemptive telle qu’elle est observée dans des expériences récentes sur des composés organiques
This thesis focuses on developing new algorithms for the study of strongly correlated materials. They are quantum systems in which interactions between electrons, such as the Coulomb repulsion, play a major role and give rise to remarkable physical properties (like high temperature superconductivity) which can't be described using a one-body formalism. To fully understand these phenomenon one has to treat the full system of many particles and their interactions : this is the many body problem.The project of this thesis is developing, analyzing and applying numerical methods called diagrammatic to these systems. A lots of fundamental questions remain unanswered about the using of perturbative methods to describe a system which is, by definition, in a non-perturbative regime. What are the limits of these approaches? How do correlations effects control the structure of the perturbative series ?Algorithmic developments will be applied to the study of strongly correlated systems, such as the Hubbard model, which will allow to cope with current topics of interest in condensed matter physics, in particular with the physics of correlated magnetism and of the pseudo gap in cuprate superconductors, or with the existence of a Mott phase transition with no preexisting ordered phase as it has been recently observed in experiments on organic materials

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Mei, Pu. "Corrélations spatiales des particules dans l’Hélium-6 et dans l’Hélium-8." Caen, 2011. http://www.theses.fr/2011CAEN2066.

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Abstract:

Dans un système nucléaire, chaque nucléon est soumis aux forces nucléaires exercées par les autres. L'état fondamental témoigne de la nature des interactions. La fonction d'onde d'un noyau est une mesure de la probabilité d'une géométrie particulière. De ce fait, elle montre une image illustrative des structures géométriques à l'intérieur du noyau. La connaissance des géométries de la matière nucléaire dans des états quantiques spécifiques aide à comprendre la structure et les interactions nucléaires, fournit une validation théorique et permet une prédiction des résultats expérimentaux. Cette thèse porte sur les géométries des systèmes à deux et à quatre particules identiques, en particulier celles résultant du caractère attractif et à courte portée d'interactions nucléaires. Pour les systèmes à deux particules couplées à un moment angulaire arbitraire, on trouve des configurations spatiales et angulaires distinctes liées aux nombres quantiques, ce qui est expliqué analytiquement. L'application au 6He, un noyau halo Borroméen, avec d'abord l'interaction delta et ensuite l'interaction d'appariement montre la coexistence de la configuration di-neutron et de la cigare, avec une prédominance de la première sur la dernière. Quant aux systèmes à quatre particules, 8He est étudié comme prototype. L'expression de la densité de probabilité angulaire est déduite analytiquement pour un état 0+ général. Les configurations avec la densité de probabilité angulaire maximale entrent dans deux catégories de géométries avec des symétries spécifiques, ce qui peut être considéré comme la généralisation d'un système à deux particules à un système à quatre particules
In a nuclear system, each nucleon is subject to nuclear forces exerted by the others, and the structure of states provides evidence of the nature of the interactions. On the other hand, the nuclear wave function is a measure of the probability of a particular geometry. As such, it provides an illustrative picture of the geometric structures inside the nucleus. Knowledge of the geometries of nuclear matter in specific quantum states helps understand nuclear structure and interactions, provides theoretical validation and allows prediction of experimental results. This thesis has its focus on the geometries of two and four identical particle systems, in particular those resulting from the short-range attractive nature of nuclear interactions. For two-particle systems coupled to an arbitrary angular momentum, distinct spatial and angular configurations are found regularly related to the quantum numbers, which is explained analytically. Application to the Borromean halo nucleus 6He with first the delta interaction and then the pairing interaction shows the coexistence of the di-neutron and the cigar-like configurations, with a predominance of the former over the latter. As for four-particle systems, 8He is studied as a prototype. The expression of the angular probability density is derived analytically for a general 0+ state. Configurations in terms of relative angles where the angular probability density peaks fall into two categories of geometries with specific symmetries, which can be considered as the generalization of the geometries of a two-particle system to those of a four-particle system

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Schelle, Alexej. "Environment-induced dynamics in a dilute Bose-Einstein condensate." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438496.

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Abstract:

We directly model the quantum many particle dynamics during the transition of a gas of N indistinguishable bosons into a Bose-Einstein condensate. To this end, we develop a quantitative quantum master equation theory, which takes into account two body interaction processes, and in particular describes the particle number fluctuations characteristic for the Bose-Einstein phase transition. Within the Markovian dynamics assumption, we analytically prove and numerically verify the Boltzmann ergodicity conjecture for a dilute, weakly interacting Bose-Einstein condensate. The new physical bottom line of our theory is the direct microscopic monitoring of the Bose-Einstein distribution during condensate formation in real-time, after a sudden quench of the non-condensate atomic density above the critical density for Bose-Einstein condensation.

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Hubert, Mickaël. "Théorie "Coupled Cluster" relativiste pour les états excités au rang d'excitation général. Applications aux molécules diatomiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844310.

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Abstract:

Cette thèse s'articule autour de développements méthodologiques sur l'évaluation théorique des énergies quantiques et relativistes d'état électroniquement excité d'atome ou de molécule. La méthode basée sur la fonction d'onde "Coupled Cluster" (CC) est à l'heure actuelle, une des méthodes les plus précise pour calculer ces états pour les systèmes à N-corps. L'implémentation présentée est basée sur un Hamiltonien relativiste à N-corps: Dirac-Coulomb à 4 composantes et une fonction d'onde "Coupled Cluster" au rang d'excitation arbitraire. Les états excités sont évalués via la théorie de la réponse linéaire, en diagonalisant la matrice Jacobienne Coupled Cluster. L'accent des travaux se porte sur l'évaluation de ses éléments en seconde quantification via un nouvel algorithme basé sur les commutateurs, et sur son adaptation au formalisme relativiste de Dirac à 4 composantes. Enfin, des applications du code à des molécules diatomiques non triviales seront présentées.

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Huillery, Paul. "Few and MaPhysique à quelques et à N- corps dans les gaz de Rydberg froidsny-body Physics in cold Rydberg gases." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00817418.

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Abstract:

Au cours de cette thèse, la physique des systèmes en interaction à été étudié expérimentalement à partir de gaz froids d'atomes de Rydberg. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état fortement excités et ils ont la propriété d'interagir fortement du fait d'interactions électrostatiques à longue portée. Le premier résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'un processus à quatre corps. Ce processus consiste en l'échange d'énergie interne entre quatre atomes de Rydberg induit par leurs interactions mutuelles. Il a été possible, en plus de son observation expérimentale, de décrire théoriquement ce processus, au niveau quantique. L'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction a aussi été étudiée durant cette thèse. Cette situation donne lieu à de très intéressants comportements à N-corps. Ce sujet d'intérêt fondamental pourrait aussi amener à d'éventuelles applications pour la réalisation de simulateurs quantiques ou de sources de lumière non classiques. Un second résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'une statistique fortement sub-poissonienne, i.e corrélée de l'excitation Rydberg. Ce résultat confirme le caractère à N-corps de tels systèmes. Le troisième résultat majeur de cette thèse est le développement d'un modèle théorique pour l'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction. En utilisant les états quantiques dit états collectifs de Dicke, il a été possible de mettre au jour de nouveaux mécanismes liés au comportement à N-corps de ces sytèmes atomiques en forte interaction.

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Rabinovic, Mihail. "Quasithermalization of fermions in a quadrupole potential and evaporative cooling of 40K to quantum degeneracy." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEE019/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous avons étudié expérimentalement les propriétés physiques des fermions ultra-froids grâce à une machine conçue pour refroidir un mélange fermionique de 6Li et 40K. Après une courte description concernant la construction de l'expérience et quelques améliorations que j'ai implémentées pendant ma thèse (telles que la désorption atomique par lumière ultraviolette dans le 2D-MOT), l'exposé se concentre sur deux observations principales de l'origine fermionique des gaz de potassium et de lithium.La première partie présente la quasithermalization du 6Li dans un potentiel quadrupolaire, créé par un piège magnétique. Malgré l'absence de collisions dans un gaz fermionique polarisé en dessous d'une température donnée, nous observons une redistribution d'énergie dans l'ensemble statistique après une excitation dans le piège linéaire. Une étude expérimentale détaillée ainsi qu'une analyse théorique du phénomène sont présentées. De plus, une transformation canonique de l'hamiltonien du système permet la description de particules sans masses dans un piège harmonique. Les résultats expérimentaux du système réel (gaz 6Li dans un potentiel quadrupolaire) sont donc réinterprétés pour décrire ces particules non massiques, difficiles à observer. Un développement supplémentaire de notre système expérimental permet également la réalisation d'un couplage spin-orbite non-abélien dans le gaz fermionique sans interactions.Dans la deuxième partie, on décrit la réalisation d'un gaz dégénéré de 40K à l'aide du refroidissement évaporatif. Une succession d'étapes d'évaporation, utilisant différentes technologies de piégeage, nous permet d'obtenir 1.5e5 atomes dans l'état fondamental à une température de 62nK, température équivalente à 17% de la température de Fermi
In this thesis we investigate experimentally the physics of a cold fermionic mixture consisting of 6Li and 40K. After a short description of the experimental apparatus and of a few technical particularities implemented during my PhD, for example the light-induced atomic desorption in the 2D-MOT by UV-light, we focus on two main observations of the fermionic nature of the gas.The first part describes the quasithermalization of 6Li in a magnetic quadrupole potential. Even though collisions are absent in a spin-polarized fermionic gas below a given temperature, the statistical ensemble undergoes energy redistribution after an excitation within the linear potential. We present an extensive experimental study as well as a comprehensive theoretical analysis. Moreover, the studied Hamiltonian can be canonically mapped onto a system of massless, harmonically trapped particles and the previously developed results are re-interpreted in order to describe this experimentally inaccessible system. A further development of the realized experiment allows even for the implementation of spin-orbit coupling in a gas of non-interacting fermions.In the second part, we describe the evaporative cooling of 40K to quantum degeneracy. Through different evaporative cooling stages we reach with a final number of 1.5e5 atoms in the ground-state a temperature of 62nK, which corresponds to 17% of the Fermi temperature

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Hansen, Hubert. "Méthodes non-perturbatives en théorie quantique des champs : au-delà du champ moyen, l'approximation de la phase aléatoire." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003814.

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Abstract:

L'étude de problèmes de physique hadronique dans le cadre de la théorie des champs nécessite l'emploi de méthodes non-perturbatives, les approches perturbatives ne pouvant s'appliquer pour QCD à basse énergie. L'équivalence formelle existant entre la théorie des champs et le problème à N corps nous a conduit à adapter des techniques non-perturbatives usuelles de la théorie du problème à N corps, comme l'approximation de champ moyen (ou approximation gaussienne) et l'approximation de la phase aléatoire (RPA).
En se plaçant au-delà du champ moyen où seules sont prises en compte les corrélations entre une particule et un potentiel "moyen" à un corps, la RPA va permettre de rajouter dans le calcul de l'état fondamental des corrélations entre particules.
Afin de mettre en place le formalisme, on applique la RPA, sons différentes formes (standard, renormalisée, en termes de fonctions de Green), à l'une des plus simples théories des champs en interaction, la théorie scalaire lambda x phi^4. On montre qu'il se produit une transition de phase due à une brisure dynamique de symétrie dont le paramètre critique se rapproche des résultats obtenus sur réseaux et par la technique des "clusters". Les résultats sont aussi présentés à température finie pour le champ moyen.
On étudie également un modèle effectif réaliste de la transition de phase chirale, le modèle sigma-linéaire et on montre que le théorème de Goldstone est restauré, contrairement à l'approximation gaussienne.
Enfin pour éclaircir quelques points de la RPA et, aller au-delà des corrélations obtenues dans la forme renormalisée, on considère l'oscillateur anharmonique en mécanique quantique, en introduisant les corrélations minimales au-delà du champ moyen et on montre que les corrélations RPA améliorent grandement le résultat obtenu en champ moyen.

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Sirjean, Olivier. "Collisions ionisantes : un nouveau diagnostic pour les condensats de Bose-Einstein d'hélium métastable." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003088.

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Abstract:

L'hélium métastable (23S1) est à ce jour le seul élément qui n'est pas dans son état électronique fondamental pour lequel la condensation de Bose-Einstein a été obtenue. Grâce à l'énergie interne qu'ils possèdent, ces atomes peuvent être détectés électroniquement de façon rapide et efficace par une galette de micro-canaux (MCP). De plus, cette énergie est responsable de collisions ionisantes au sein de l'échantillon piégé magnétiquement (ionisation Penning). Les ions ainsi formés sont également détectés par le MCP. Une fois les caractéristiques du système de détection déterminées, et la démarche expérimentale permettant de produire des condensats de Bose-Einstein détaillée, cette thèse présente les études réalisées pour déterminer l'origine des ions produits ainsi que certaines des nouvelles possibilités qu'offre le signal d'ions. Pour des échantillons de densité suffisamment faible, les ions proviennent majoritairement des collisions avec le gaz résiduel, et le signal est alors proportionnel au nombre d'atomes piégés. Pour des échantillons de densité suffisamment élevée, comme ceux obtenus proches du seuil de condensation, les ions proviennent majoritairement de collisions à deux corps et à trois corps. Le signal d'ions dépend alors également de la densité de l'échantillon. Suivant la gamme de densité, ce signal nous fournit donc une mesure " non-perturbative " en temps réel de ces différentes grandeurs. Nous avons notamment pu montrer qu'il était un précieux indicateur du moment où se produit la condensation, car il rend compte de la brusque augmentation de densité qui se produit alors. En étudiant le taux d'ions en fonction de la densité et du nombre d'atomes de condensats purs et de nuages thermiques au seuil de condensation, nous avons mesuré pour la première fois les constantes de collisions de ces processus d'ionisation. Les résultats trouvés sont en accord avec les prédictions théoriques.

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Reymond, Georges-Olivier. "Etudes expérimentales d'atomes dans un piège dipolaire microscopique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002178.

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Abstract:

Les atomes sont des candidats intéressants pour l'information quantique, car leur neutralitée électrique devrait leur assurer un long temps de cohérence. Afin de pouvoir les manipuler un par un, nous avons choisi de les placer dans un piège dipolaire microscopique. Une analyse détaillée du nombre d'atomes piégés montre que celui-ci peut être compris entre 1 et 30, avec un réegime préférentiel de travail dans lequel les collisions inélastiques le limitent à un. Il est également possible de placer deux pièges dipolaires côte à côte, et donc de disposer de deux atomes, à quelques microns de distance. Dans le but d'intriquer ces deux atomes, il est important de connaître l'amplitude du mouvement des atomes piégés. Celle-ci se caractérise avec le paramètre de Lamb-Dicke, paramètre qui dépend des fréquences d'oscillation du potentiel dipolaire, mais aussi de la température des atomes. Ces deux grandeurs ont été mesurées expérimentalement, et montrent que le confinement est actuellement insuffisant. Il est donc nécessaire de refroidir les atomes davantage. Un autre champ d'investigation de cette expérience concerne le régime où le nombre d'atomes piégés est de l'ordre d'une trentaine. Nous avons alors démontré la possibilité d'évaporer le nuage atomique, et donc de le refroidir. Il devrait alors être possible d'obtenir des condensats de Bose-Einstein à très petit nombre d'atomes, et en régime de Lamb-Dicke.

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Amblard, David. "Formalisme à N-corps GW environné dans une approche fragment : développements et applications à des systèmes complexes." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALY028.

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Abstract:

Le formalisme GW, dans le cadre des théories de perturbation à N-corps utilisant les fonctions de Green, gagne en popularité pour la description des propriétés électroniques des systèmes de la matière condensée en physique du solide, et plus récemment en chimie. Son application à des systèmes complexes d'intérêt en nanoscience, chimie, voire biologie, est freinée cependant par son coût numérique en particulier dans le cas de systèmes désordonnés, ou immergés dans un environnement ouvert (un solvant, un milieu moléculaire, une électrode, etc.) Le but de cette thèse est de développer des techniques multi-échelles, combinant des approches à N-corps de haut niveau pour le sous-système d'intérêt, avec une description simplifiée, mais tout de même totalement ab initio, d'un environnement électrostatique et diélectrique. Ces approches vont donc au-delà des modèles classiques paramétrés, développés en particulier dans la communauté chimie quantique, et basés sur une description continue (« polarizable continuum model ») ou discrète (QM/MM) de l’environnement.Pour atteindre cet objectif, nous adoptons une approche en fragments de l'environnement, particulièrement adaptée aux systèmes moléculaires. La susceptibilité électronique non-interagissante devient ainsi diagonale par blocs, permettant d'abaisser la complexité algorithmique de quartique à cubique. Pour réduire le pré-facteur associé à l’obtention du potentiel écranté W (équation de Dyson), nous avons développé un algorithme de compression de l’opérateur susceptibilité. L’obtention automatique d’une base de polarisation très compacte permet de réduire fortement la taille des blocs de susceptibilité associés aux fragments de l'environnement. Cette méthode permet de calculer la réponse diélectrique de systèmes contenant des centaines de milliers d'atomes avec une excellente précision. Cette approche est présentée via l'étude de cristaux de fullerènes en volume, en surface, et en sous-surface.Alors que le formalisme GW est dynamique par nature, avec ainsi un potentiel coulombien écranté W dépendant de la fréquence, une première étude est réalisée dans le cadre d'une approximation statique (limite basse fréquence) pour décrire l’écrantage par l’environnement. Une telle approche s'inscrit dans la continuité des modèles semi-empiriques traditionnels pour la description d’un milieu environnant polarisable. Cette thèse est donc l'occasion de mesurer la validité d'une telle approximation, qui suppose que l’environnement répond de façon instantanée à une excitation électronique, grâce à une comparaison explicite avec une description totalement dynamique de la réponse diélectrique de l'environnement. L'étude d'une surface de fullerènes, ainsi que d'une molécule d'eau dans un nanotube de carbone métallique, montrent qu'une description statique de l'environnement induit des erreurs sur l'énergie de polarisation inférieure à 10% sous condition que le « repliement » de l’environnement soit correctement effectué.L'approche fragment est également appliquée à des cristaux covalents isolants, et en particulier au nitrure de bore hexagonal (h-BN). Nous avons illustré en particulier comment calculer les niveaux d’énergie de défauts ponctuels dans h-BN, dans la vraie limite diluée, et donnons les lois d’échelle pour la renormalisation de ces niveaux de la monocouche vers un nombre (n) de couches. Cette étude démontre qu’à l’instar des systèmes moléculaires, la fragmentation de systèmes covalents isolants est possible, en lien sans doute avec le caractère très courte portée de la susceptibilité dans ces systèmes.Ces développements, permettant l’extension d’approches quantiques à N-corps à des systèmes de plus en plus complexes, ont été implémentés dans le code beDeft, un code massivement parallèle pour l’étude des propriétés électroniques de systèmes de grande taille
The GW formalism, a Green’s function many-body perturbation theory, is growing in popularity for the description of the electronic properties of condensed matter systems in solid-state physics, and more recently chemistry. Unfortunately, its application to complex systems of interest in nanosciences, chemistry, or even biology, is hampered by the large associated computing cost, in particular in the case of disordered systems, or systems immersed in an opened environment (a solvent, a molecular medium, an electrode, etc.) The goal of the present PhD thesis is to focus on the development of multiscale techniques, merging high-level many-body treatments of the subsystem of interest, with a simplified but fully ab initio description of the electrostatic and dielectric environment. Such approaches aim to go beyond classical parametrized models, mainly developed in the quantum chemistry community, which are based on a continuum (“polarizable continuum model”) or discrete (QM/MM) description of the environment.To reach such a goal, we adopt a divide-and-conquer fragmentation scheme for the environment, particularly suited to molecular systems. This leads to a block-diagonal non- interacting electron susceptibility, decreasing the algorithmic complexity from quartic to cubic. To reduce the prefactor associated with the inversion of the Dyson equation for the screened Coulomb potential W, we have further developed a compression algorithm for the susceptibility operator. The automatic computation of an extremely compact polarization basis set allows a large reduction of the size of the susceptibility blocks, associated to the fragments in the environment. Such a method enables us to compute the dielectric response of systems made of several hundred thousand atoms, with an excellent accuracy when it comes to reproduce the effect of the environment as a response to an excitation in the immersed subsystem. This approach is presented through the study of fullerene bulk, surface and subsurface crystals.While the GW formalism is dynamical, with a frequency-dependent screened Coulomb potential W, a first study is done adopting a static approximation (low-frequency limit) for the screening properties of the environment. Such an approach follows the traditional semi-empirical models of a polarizable environment. This PhD thesis assesses the validity of such an approximation, which assumes an instantaneous response (adiabatic limit) of the environment to an electronic excitation, thanks to an explicit comparison with a fully dynamical dielectric response of the environment. The study of a surface of fullerenes, as well as a water molecule inside a metallic carbon nanotube, show that a static description of the environment leads to errors on the polarization energy below 10%, provided that the “folding” of the environment is treated in a proper way.The fragment approach is also applied to covalent insulator crystals, and more particularly to hexagonal boron nitride (h-BN). We explain how to compute the energy levels of point defects in h-BN, in the true dilute limit, and we give the asymptotic scaling laws for the renormalization of these energy levels, from the monolayer to a (n)-layer system. This study highlights thus the possibility to apply the fragment approach to covalent insulator systems, a possibility hinging probably on the short range behavior of the susceptibility in these systems.All of these developments, extending ab initio many-body methods to increasingly complex systems, have been implemented in the massively parallel code beDeft, dedicated to the study of the electronic properties of large scale systems

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Mora, Christophe. "Systèmes quantiques en interaction : physique mésoscopique et atomes froids." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00712112.

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Le concept de théorie effective, en tant que modèle s'appliquant dans une certaine gamme d'énergie et/ou pour un régime restreint de paramètres, s'est enrichi des idées du groupe de renormalisation qui peut relier deux modèles a priori bien distincts par un changement continu d'échelle. L'intuition physique resurgit, même pour des problèmes d'apparence formelle, où il s'agit bien souvent de deviner les briques élémentaire, les quasiparticules, qui vont façonner le comportement physique, par exemple à basse énergie. Dans cet exposé, je soulignerai la récurrence de ce concept dans mes recherches en atomes froids et en physique mésoscopique de ces cinq dernières années. Je débuterai par une introduction aux problèmes à trois et quatre corps dans les gaz d'atomes froids où des propriétés universelles émergent lorsque les interactions entre atomes deviennent résonantes. Je parlerai ensuite des gaz de fermions fortement déséquilibrés, étudiés par exemple dans le groupe de Christophe Salomon et Frédéric Chevy au LKB, et de la pertinence de la notion de gaz de Fermi de polarons pour décrire les profils de densités observés. Je présenterai pour poursuivre les expériences de transport dans les nanotubes de carbone, comme celles réalisées au LPA dans le groupe de Takis Kontos, et le modèle Kondo pour le couplage d'une impureté aux électrons des électrodes. Je profiterai de cette occasion pour introduire l'approche de liquide de Fermi de ce problème initiée par Nozières. Je finirai mon exposé par une discussion du circuit RC quantique, un sujet auquel je me suis beaucoup intéressé ces dernières années en lien avec une expérience remarquable réalisée au LPA dans le groupe de physique mésoscopique. Je montrerai comment le concept de liquide de Fermi permet de comprendre l'apparition de résistances universelles quantifiées pour ce circuit quantique.

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Shevate, Sayali. "Preparation and Rydberg excitation of large arrays of microscopic atomic ensembles." Thesis, Strasbourg, 2021. http://www.theses.fr/2021STRAE003.

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Abstract:

Des atomes froids dans des réseaux de pinces optiques sont apparus comme l'un des plates-formes les plus polyvalentes pour la physique quantique à N-corps, la simulation et l'informatique quantiques. Dans cette thèse, je rapporte un moyen de réaliser des réseaux de pièges optiques occupés uniformément, de tailles bien supérieures à ~200 sites, en utilisant des collisions élastiques par opposition aux collisions inélastiques assistées par la lumière et je fais progresser considérablement la faisabilité des qubits basés sur des ensembles atomiques piégés. Nous démontrons, pour la première fois, des réseaux polyvalents entièrement remplis d'ensembles atomiques de plus de 400 pièges optiques préparés à l'aide d'une matrice de micro-miroirs, où piège microscopiques contient ~60 atomes, un nombre d'atomes élevé et des fluctuations étonnamment faibles du nombre d'atomes. En utilisant des atomes de Rydberg en forte interaction, j'étudie la dynamique d'excitation de Rydberg et les interactions à longue distance dans les grands réseaux d'ensembles atomiques. Cela ouvre la voie à la réalisation de simulateurs quantiques basés sur des ensembles atomiques
Ultracold atoms in optical tweezer arrays have emerged as one of the most versatile platforms for quantum many-body physics, quantum simulation and quantum computation. In this thesis, I report a way to achieve fully occupied tweezer arrays to sizes well beyond 200 sites by exploiting elastic collisions as compared to light-assisted inelastic collisions and along the way greatly advance the feasibility of quantum simulations based on trapped atomic ensembles with programmable geometries. We demonstrate, for the first time, fully filled versatile arrays of atomic ensembles > 400 tweezers prepared using a digital micromirror device, where each tweezer contains ~ 60 atoms in a microscopic volume, high atom number and remarkably low atom number fluctuations. As a necessary pre-requisite to performing the coherent manipulation of the Rydberg excitation of these atomic ensembles, I present experiments on narrow line with two-photon Rydberg excitation of these large arrays of atomic ensembles. I also discuss an analysis of the effects causing spectral broadening. This work paves the way towards detailed analysis of many-body effects in a structured Rydberg gas-an important step towards building a quantum simulator based on trapped atomic ensembles in optical tweezer arrays. This opens up applications ranging from quantum simulation of exotic quantum spin models, quantum dynamics including transport and many-body localization and quantum cellular automat a with programmable spatial configurations and versatile Rydberg mediated interactions

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Huillery, Paul. "Few and Many-body Physics in cold Rydberg gases." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112040/document.

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Abstract:

Au cours de cette thèse, la physique des systèmes en interaction à été étudié expérimentalement à partir de gaz froids d'atomes de Rydberg. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état fortement excités et ils ont la propriété d'interagir fortement du fait d'interactions électrostatiques à longue portée. Le premier résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'un processus à quatre corps. Ce processus consiste en l'échange d'énergie interne entre quatre atomes de Rydberg induit par leurs interactions mutuelles. Il a été possible, en plus de son observation expérimentale, de décrire théoriquement ce processus, au niveau quantique. L'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction a aussi été étudiée durant cette thèse. Cette situation donne lieu à de très intéressants comportements à N-corps. Ce sujet d'intérêt fondamental pourrait aussi amener à d'éventuelles applications pour la réalisation de simulateurs quantiques ou de sources de lumière non classiques. Un second résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'une statistique fortement sub-poissonienne, i.e corrélée de l'excitation Rydberg. Ce résultat confirme le caractère à N-corps de tels systèmes. Le troisième résultat majeur de cette thèse est le développement d'un modèle théorique pour l'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction. En utilisant les états quantiques dit états collectifs de Dicke, il a été possible de mettre au jour de nouveaux mécanismes liés au comportement à N-corps de ces sytèmes atomiques en forte interaction
Uring this thesis, the Physics of interacting systems has been investigated experimentally using Cold Rydberg gases. Rydberg atoms are highly excited atoms and have the property to interact together through long-range electrostatic interactions.The first highlight of this thesis is the direct experimental observation of a 4-body process. This process consists in the exchange of internal energy between 4 Rydbergs atoms due to their mutual interactions. In addition to its observation, it has been possible to describ this process theoretically at a quantum level.The laser excitation of strongly interacting Rydberg gases has been also investigated during this thesis. In this regime, the interactions between Rydberg atoms give rise to very interesting many-body behaviors. In addition to fundamental interest, such systems could be used to realyze quantum simulators or non-classical light sources.A second highlight of this thesis is the experimental observation of a highly sub-poissonian, i.e correlated, excitation statistics. This result confirms the many-body character of the investigated system.The third highlight of this thesis is the development of a theoretical model to describ the laser excitation of strongly interacting Rydberg gases. Using the so-called Dicke collective states it has been possible to point out new mechanismes related to the many-body character of strongly atomic interacting systems

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Schlosser, Nicolas. "Etude et réalisation de micro-pièges dipolaires optiques pour atomes neutres." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001195.

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Abstract:

Les atomes neutres piégés sont des candidats potentiels pour
l'implémentation de portes logiques quantiques. Dans ce contexte, cette étude
porte sur la réalisation d'un piège dipolaire optique de si petite taille qu'il
ne puisse contenir qu'un atome unique. Pour cela, il est nécessaire de
focaliser très fortement un laser à l'endroit où l'on désire capturer les
atomes. L'expérience s'articule donc autour d'un objectif de microscope de
grande ouverture numérique, entièrement conçu et réalisé au laboratoire. Cette
optique est utilisée pour faire focaliser un laser au centre d'un piège
magnéto-optique, réservoir d'atomes froids alimentant le piège dipolaire ainsi
créé.

Le dispositif d'observation des atomes piégés est basé sur le même objectif,
qui collecte, avec une grande efficacité, la fluorescence des atomes piégés et
en fait l'image sur une caméra CCD ou une photodiode à avalanche. La résolution
spatiale du dispositif utilisant la caméra permet d'obtenir une image des
atomes capturés, alors que l'on utilise la rapidité de la photodiode à
avalanche pour les études de la dynamique du piège avec une bonne résolution
temporelle.

Après une description détaillée de ce dispositif expérimental, nous montrons
qu'il est possible de réaliser des micro-pièges dipolaires optiques, de
quelques microns cube et contenant une dizaine d'atomes. L'étude de la
dynamique de chargement et de la durée de vie de ces pièges révèle également la
présence de processus de collisions à deux corps. Nous montrons ensuite qu'en
diminuant le taux de chargement il est possible d'observer, en temps réel, un
atome unique piégé pendant quelques secondes. Dans ce régime, un processus de
"blocage collisionnel" limite ce nombre d'atome à un. Pour finir, nous
décrirons la mise en place d'un double piège dipolaire, dans lequel on peut
piéger un atome unique dans chaque site. Ce dispositif ouvre la voie vers
l'étude de l'interaction entre atomes piégés individuellement.

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Drissi, Mehdi. "Renormalization invariance of many-body observables within pionless effective field theory." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS414/document.

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Abstract:

À l’heure actuelle, l’interaction entre nucléons est décrite par une théorie effective des champs chiraux. Dans ce cadre théorique, les contributions aux observables nucléaires sont organisées en suite d’importance décroissante. En particulier, le calcul de la contribution principale nécessite de résoudre exactement l’équation de Schrödinger pour un certain Hamiltonien. Une description alternative de l’interaction nucléaire, dite théorie effective des champs sans pion, considère uniquement des nucléons comme degrés de liberté et mène à la même nécessité d’une résolution exacte de l’équation de Schrödinger. En pratique, de tels calculs sont irréalistes, même numériquement, pour des observables à N corps dès que N >> 10. Par conséquent, des approximations supplémentaires doivent être développées. Dans cette thèse, des approximations non-perturbatives basées sur des fonctions de Green auto-cohérentes (SCGF) ainsi que des approximations basées sur des théories des perturbations à N corps (MBPT) sont considérées dans le cadre de la théorie effective des champs sans pion. Le but de cette thèse est d’étudier l’invariance par le groupe de renormalisation d’observables à N corps calculées avec ces approximations supplémentaires. L’espoir étant de pouvoir ensuite étendre les conclusions tirées au cas de la théorie effective des champs chiraux. Dans le cas des approximations SCGF, l’analyse des résultats numériques produits avec un code à l’état de l’art révèle une instabilité critique amenant à des observables dépendant de la renormalisation. Un correctif est proposé et devra être implémenté avant tout futur calcul SCGF au sein de la théorie effective des champs sans pion. Cette étude révèle l’importance critique des approximations numériques sur l’invariance par le groupe de renormalisation des observables. Dans le cas des approximations perturbatives basées sur MBPT, une étude formelle ouvre la voie pour dériver, de manière systématique, une renormalisation adéquate pour un large ensemble d’approximation à N corps
The current paradigm to describe the nuclear interaction is within the frame of Chiral Effective Field Theory (ₓEFT) which organizes contributions to observables in a serie of decreasing importance. It happens that the leading contribution already requires to solve exactly the Schrödinger equation with a particular Hamiltonian. The same requirement is at play in pionless EFT which considers only nucleonic degrees of freedom. Such calculations are numerically intractable for A-body observables with A >> 10. One must design an additional expansion and truncation for many-body observables. In this thesis, non-perturbative approximations on the basis self-consistent Green’s function (SCGF) and on many-body perturbation theory (MBPT) are considered together with a pionless EFT. The goal of the present thesis is to investigate, in such framework, the renormalization invariance of many-body observables computed in A-body sectors with A >> 10. Hopefully the lessons learnt can be extended to ₓEFT. Analysis of numerical calculations realized with a state-of-the-art SCGF code reveals a critical numerical approximation leading to renormalization dependent observables. A necessary fix is proposed and must be implemented before any calculations based on SCGF and EFT in the future. This emphasizes the criticality of numerical approximations for any calculation within a pionless EFT. At the same time, renormalization invariance of observables computed within MBPT is studied formally, opening the path to formulate the renormalization of a wide range of many-body truncation schemes in the future

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Lasseri, Raphaël-David. "Distribution spatiale de fermions fortement corrélés en interaction forte : formalisme, méthodes et phénoménologie en structure nucléaire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS248/document.

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Abstract:

Le noyau est par essence un système complexe, composé de fermions composites fortement corrélés, soumis à la fois aux interactions forte, faible et électromagnétique. La description de sa structure interne est un enjeu important de la physique moderne. Ainsi la manière qu'ont les nucléons de s'organiser au sein des noyaux atomiques est le reflet des corrélations auxquelles ils sont soumis. On comprend alors que la complexité des interactions inter-nucléoniques se traduit par une grande richesse de schémas selon lesquels les nucléons se distribuent dans les systèmes nucléaires. Le noyau révèle une structure délocalisée où les nucléons se répartissent de façon quasi-homogène dans le volume nucléaire. Mais il peut également présenter des sous-structures localisées, appelées clusters ou agrégats nucléaires. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre des approches de type champ-moyen relativiste (RMF), permettant un traitement universel de la phénoménologie nucléaire. Dans un premier temps, nous exposerons les éléments de formalisme permettant la construction d’une telle approche en partant des interactions fondamentales qui sous-tendent la dynamique nucléonique au sein des noyaux. Néanmoins ce formalisme ne permet pas de rendre compte des propriétés expérimentales des observables nucléaires : une stricte approche de type champ-moyen, néglige de trop nombreuses classes de corrélations. Nous discuterons alors des méthodes existantes pour prendre en compte ces corrélations, de type particule-trou (déformation) ainsi que de type particules-particules (appariement). Dans un premier temps, une nouvelle méthode diagrammatique, permettant une approche perturbative des corrélations est proposée ainsi qu’une implémentation automatisée associée basée sur une théorie combinatoire. Ensuite, nous reviendrons à un traitement phénoménologique des corrélations particules-trous, pour nous focaliser sur l’impact des corrélations particules-particules. En premier lieu nous discuterons le phénomène de formation de paires nucléoniques en utilisant le langage de la théorie des graphes, langage permettant plusieurs simplifications formelles ainsi qu’une compréhension différentes de l’appariement. Les corrélations d’appariement seront tout d’abord prise en compte par une approche de type Hartree-Bogolioubov relativiste. Toutefois ce formalisme ne conservant pas le nombre de particules, nous présenterons une approche projective permettant de le restaurer. L’effet de cette restauration sur le système sera également étudié. Seront ensuite présentés les différentes implémentations et optimisations numériques, développées pendant cette thèse, pour un traitement général des déformations nucléaires. Munis de ces outils, nous reviendrons sur la formation d’agrégats nucléaires, les clusters, comme phénomène émergent issu de la prise en compte de certaines classes de corrélations. Tout d’abord des mesures de localisations et paramètres quantifiant la dispersion des fonctions d’ondes nucléoniques sont proposées, permettant d’analyser le noyau pour localiser et comprendre l’origine de l’agrégation. L’analyse de ces quantités est présentée et permet la première description unifiée de la formation de clusters aussi bien dans les noyaux légers (Néon, Magnésium) que dans les noyaux lourds émetteurs alpha (Polonium). L’émergence des clusters est ensuite décrite au travers du prisme des transitions de phases quantiques. Un paramètre d’ordre est exhibé ainsi que la caractérisation de ce phénomène en tant que transition de Mott. L’influence des corrélations d’appariement sur la formation de clusters est analysée et une étude précise des propriétés spatiales des paires de nucléons est menée pour plusieurs noyaux dans différentes régions de masses. Enfin une méthode de prise en compte de corrélations à 4-corps, dite de quartet est proposée pour tenter d’expliquer l’émergence des clusters en tant que préformation de particules alpha
The atomic nucleus is intrinsically a complex system, composed of strongly correlated non-elementary fermions, sensitive to strong and electroweak interaction. The description of its internal structure is a major challenge of modern physics. In fact the complexity of the nucleon-nucleon interaction generates correlations which are responsible of the diversity of shapes that the nuclei can adopt. Indeed the nuclei can adopt either quasi-homogeneous shapes when nucleons are delocalized or shapes where spatially localized structure can emerge, namely nuclear clusters. This work is an extension of relativistic mean-fields approach (RMF), which allows an universal treatment of nuclear phenomenology. In a first time we will present the necessary formalism to construct such an approach starting with the fundamental interactions underlying nucleons dynamics within the nucleus. However this approach doesn't allow an accurate reproduction of experimental properties: a purely mean-field approach neglects to many correlations. Existing methods to treat both particle-hole (deformation), particle-particle (pairing) correlations will be discussed. First we will propose a new diagrammatic method, which take correlation into account in a perturbative way, the implementation of this approach using combinatory theory will be discussed. Then we will get back to a phenomenological treatment of particle-hole correlations, to focus on the impact of particle-particle. Formation of nucleonic pair will be discussed in the language of graph theory, allowing several formal simplifications and shed a different light on pairing. Pairing correlations will be at first treated using a relativistic Hartree-Bogolioubov approach. Nevertheless this formalism doesn't conserve particle number, and thus we will present a projective approach to restore it. The effect of this restoration will also be studied. Then to describe general nuclear deformation, several implementations and optimizations developed during this PhD will be presented. With this tools, clusterisation will be investigated as phenomenon emerging for certain class of correlations. Localization measure will be derived allowing a clearer understanding of cluster physics. The analysis of theses quantities makes possible a first unified description of cluster formation both for light nuclei (Neon) or for heavy alpha emitters (Polonium). Cluster emergence will be described as a quantum phase transition, an order parameter will be displayed and this formation will be characterized as a Mott transition. The influence of pairing correlations on cluster formation is studied and a detailed study of pairs spatial properties is performed for nuclei from several mass regions. Lastly a method allowing treatment of 4-body correlations (quartteting) is proposed to explain cluster emergence as alpha particle preformation

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Reimann, Thomas. "Resonant spin dynamics and 3D-1D dimensional crossovers in ultracold Fermi gases." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE029/document.

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Abstract:

L’exploration de systèmes quantiques à N corps fortement corrélés représente l’un des domaines de recherche les plus stimulants de la physique contemporaine. Au cours des trente dernières années, les vapeurs diluées d’atomes neutres en suspension dans le vide et contrôlées par un laser sont devenues une plate-forme polyvalente et formidable pour l’étude de tels systèmes. L’intérêt principal réside dans la capacité d’ajuster arbitrairement la force de l’interaction atomique au moyen de résonances de Feshbach induites magnétiquement, ainsi que la possibilité de créer une large gamme de potentiels via des champs optiques précisément adaptés. Cette thèse présente les résultats récents de l’expérience FerMix, consacrée à l’étude des systèmes quantiques à plusieurs corps fermioniques à des températures ultra-basses utilisant les atomes alcalins 40K et 6Li. Les principaux résultats présentés dans ce texte sont doubles. Premièrement, nous rapportons la caractérisation expérimentale d’une nouvelle résonance de Feshbach (s,d)-wave du 40K, dont les résultats sont comparés aux prédictions théoriques correspondantes. En particulier, le spectre du taux de perte inélastique est déterminé pour différentes températures et profondeurs de piège, ce qui nous permet d’identifier les pertes en tant que processus à deux corps. De plus, il est confirmé que le canal d’entrée dominant est de type s-wave. À l’aide de modèles d’équation de taux, nous analysons le réchauffement observé de l’ensemble atomique et trouvons que le comportement est cohérent avec l’état lié prévu L = 2 présent dans le canal de sortie. Enfin, nous étudions expérimentalement la dynamique des populations de spin induite par les collisions inélastiques renforcées par résonance dans l’onde d, en observant un bon accord avec nos modèles numériques. En second lieu, nous résumons nos progrès dans l’étude des croisements dimensionnels entre le liquide de Tomonaga-Luttinger en 1D et le liquide de Landau-Fermi en 3D en utilisant les gaz de Fermi de 40K confinés dans un réseau optique à grand pas. Cela inclut à la fois les considérations de conception fondamentales et l’installation du matériel expérimental requis
The exploration of strongly correlated quantum many-body systems represents one of the most challenging fields of research of contemporary physics. Over the past thirty years, dilute vapors of neutral atoms suspended in vacuum and controlled with laser light have become a versatile and powerful platform for the study of such systems. At the very heart lies the ability to arbitrarily tune the interaction strength by means of magnetically induced Feshbach resonances as well as the possibility to create a wide range of potential landscapes via precisely tailored optical fields. This thesis reports on the recent results of the FerMix experiment, which is dedicated to the study of fermionic quantum many-body-systems at ultralow temperatures using the Alkali atoms 40K and 6Li. The main results presented in this text are twofold. First, we report on the experimental characterization of a novel (s,d)-wave Feshbach resonance in 6Li, the results of which are compared to the corresponding theoretical predictions. In particular, the spectrum of the inelastic loss rate is determined for different temperatures and trap depths, which enables us to identify the losses as two-body processes. Moreover, the dominant entrance channel is confirmed to be s-wave in nature. Using rate equation models we analyze the observed heating of the atomic ensemble and find the behavior to be consistent with the predicted L = 2 bound state present in the exit channel. Finally, we investigate experimentally the dynamics of the spin populations driven by resonantly enhanced inelastic collisions in dwave, observing good agreement with our numerical models. Second, we summarize our progress towards the study of dimensional crossovers between the Tomonaga-Luttinger liquid in 1D and the Landau-Fermi liquid in 3D using Fermi gases of 40K confined in a large spacing optical lattice. This includes both the fundamental design considerations as well as the implementation of the required experimental hardware

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Malpetti, Daniele. "Thermodynamics of strongly interacting bosons on a lattice : new insights and numerical approaches." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN065/document.

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Abstract:

Les atomes froids dans les réseaux optiques permettent d'avoir un contrôle sans précédent des états a N-corps fortement corrélés. Pour cette raison, ils représentent un excellent outil pour l'implémentation d'un « simulateur quantique », utile pour réaliser de manière expérimentale de nombreux hamiltoniens de systèmes d'intérêt physique. En particulier, ils rendent possible la création de champs de jauge artificiels; ces derniers permettant d'accéder à la physique du magnétisme frustré. Dans ce travail, il s'agit de s'intéresser à la thermodynamique des atomes froids, en abordant ce sujet de manière théorique et numérique. A ce jour, le Monte Carlo quantique est la méthode la plus efficace dans ce domaine. Néanmoins, en raison de ce qu'on appelle le « problème du signe », elle ne peut s'appliquer qu'à une classe restreinte de systèmes, et dont par exemple les systèmes frustrés ne font pas partie. L'intérêt de cette thèse est de développer une nouvelle méthode approximée fondée sur une approche Monte Carlo. La première partie de cette thèse est consacrée à des considérations de nature théorique sur la structure spatiale des corrélations classiques et quantiques. Ces résultats nous permettent de développer, dans une deuxième partie, une approximation nommée « champ moyen quantique ». Celle-ci permet de proposer, dans une troisième partie, une méthode numérique qu'on appelle « Monte Carlo du champ auxiliaire » et qu'on applique à des cas d'intérêt physique, notamment au réseau triangulaire frustré
Cold atoms in optical lattices offer unprecedented control over strongly correlatedmany-body states. For this reason they represent an excellent tool for the implementation ofa “quantum simulator”, which can be used to realize experimentally several Hamiltonians ofsystems of physical interest. In particular, they enable the engineering of artificial gaugefields, which gives access to the physics of frustrated magnetism. In this work, we study thethermodynamics of cold atoms both from a theoretical and a numerical point of view. Atpresent days, the most effective method used in this field is the quantum Monte Carlo. Butbecause of the so-called “sign problem” it can only be applied to a limited class of systems,which for example do not include frustrated systems. The interest of this thesis is to developof a new approximated method based on a Monte Carlo approach. The first part of this workis dedicated to theoretical considerations concerning the spatial structure of quantum andclassical correlations. These results permit to develop, in the second part, an approximationcalled quantum mean-field. This latter allows to propose, in the third part, a numericalmethod that we call “auxiliary-field Monte Carlo” and that we apply to some systems ofphysical interest, among which the frustrated triangular lattice

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Despres, Julien. "Correlation spreading in quantum lattice models with variable-range interactions." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLO018.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la propagation hors équilibre de corrélations dans des modèles quantiques sur réseau. L'objectif principal a été de comprendre comment se propage l'information dans un système quantique corrélé et d'expliquer notamment des résultats a priori contradictoires dans la littérature. Pour ce faire, nous avons employé une approche combinant des études analytiques et numériques. En ce qui concerne l'approche analytique, celle-ci est basée sur une théorie de quasiparticules et a permis de dévoiler une expression générique des fonctions de corrélation pour des systèmes quantiques de particules ou de spins interagissant à courte ou longue portée sur un réseau hypercubique. En utilisant la méthode de phase stationnaire, nous avons montré que la région causale de ces corrélations présente une structure double universelle. Cette dernière est composéenon seulement d'une borne mais également d'extrema locaux dans son voisinage définissant la partie externe et interne des corrélations résolues en temps et distance respectivement. Dans le cas d'interactions de courte portée, nous avons prouvé que les deux structures se propagent ballistiquement avec des vitesses généralement différentes et reliées à la vitesse de groupe et de phase du spectre d'excitation du Hamiltonien après quench. Pour des interactions de longue portée de type loi de puissance, les lois d'échelle peuvent être sensiblement modifiées dues à une possible divergence de la vitesse de groupe. Pour ce cas spécifique correspondant au régime dit quasi-local, une double structure aux lois d'échelle algébriques a été présentée.Bien que la borne des corrélations se propage toujours moins rapidement que ballistiquement, les extrema locaux se propagent plus rapidement que ballistiquement et ballistiquement pour des systèmes quantiques non gappés et gappés respectivement. Cependant pour le régime local caractérisé par une valeur maximale bien définie de la vitesse de groupe et impliquant une décroissance rapide des interactions de longue portée, nous avons retrouvé un comportement similaire au cas d'interactions de courte portée pour la propagation des corrélations. Afin de vérifier nos prédictions théoriques, des simulations numériques basées sur des techniques de réseaux de tenseurs ont été effectuées pour différents systèmes quantiques à savoir le modèle de Bose-Hubbard ainsi que les modèles de spins XY et d'Ising transverse
In this thesis, we have investigated the spreading of quantum correlations in isolated lattice models with short- or long-range interactions driven far from equilibrium via sudden global quenches. A main motivation for this research topic was to shed new light on the conflicting results in the literature concerning the scaling law of the correlation edge, its lack of universality and the incompleteness of the existing physical pictures to fully characterize the propagation of quantum correlations. To do so, we have presented a general theoretical approach relying on a quasiparticle theory. The latter has permitted to unveil a generic expression for the equal-time connected correlation functions valid both for short-range and long-range interacting particle and spin lattice models on a hypercubic lattice. Relying on stationary phase arguments, we have shown that its causality cone displays a universal twofold structure consisting of a correlation edge and a series of local extrema defining the outer and inner structure of the space-time correlations. For short-range interactions, the motion of each structure is ballistic and the associated spreading velocities are related to the group and phase velocites of the quasiparticle dispersion relation of the post-quench Hamiltonian. For long-range interactions of the form 1/|R|^α, the correlation spreading is substantially different due to a possible divergence of group velocity when tuning the power-law exponent α. For a divergent group velocity, extit{ie.} the quasi-local regime, we have presented evidence of a universal algebraic structure for the causality cone. While, the correlation edge motion has been found to be always slower than ballistic, the local extrema propagate faster than ballistically and ballistically for gapless and gapped quantum systems respectively. For the local regime implying a well-defined group velocity, we have recovered similar scaling laws and spreading velocities than the short-range case for the causality cone of correlations. The previous theoretical predictions have been verified numerically using tensor network techniques within the case study of the short-range Bose-Hubbard chain and the long-range s=1/2 XY and transverse Ising chains

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Lavarelo, Arthur. "De la frustration et du désordre dans les chaînes et les échelles de spins quantiques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00923197.

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Abstract:

Dans les systèmes de spins quantiques, la frustration et la basse dimensionnalité génèrent des fluctuations quantiques et donnent lieu à des phases exotiques. Cette thèse étudie un modèle d'échelle de spins avec des couplages frustrants le long des montants, motivé par les expériences sur le cuprate BiCu$_2$PO$_6$. Dans un premier temps, on présente une méthode variationnelle originale pour décrire les excitations de basse énergie d'une seule chaîne frustrée. Le diagramme de phase de deux chaînes couplées est ensuite établi à l'aide de méthodes numériques. Le modèle exhibe une transition de phase quantique entre une phase dimérisée est une phase à liens de valence résonnants (RVB). La physique de la phase RVB et en particulier l'apparition de l'incommensurabilité sont étudiées numériquement et par un traitement en champ moyen. On étudie ensuite les effets d'impuretés non-magnétiques sur la courbe d'aimantation et la loi de Curie à basse température. Ces propriétés magnétiques sont tout d'abord discutées à température nulle à partir d'arguments probabilistes. Puis un modèle effectif de basse énergie est dérivé dans la théorie de la réponse linéaire et permet de rendre compte des propriétés magnétiques à température finie. Enfin, on étudie l'effet d'un désordre dans les liens, sur une seule chaîne frustrée. La méthode variationnelle, introduite dans le cas non-désordonné, donne une image à faible désordre de l'instabilité de la phase dimérisée, qui consiste en la formation de domaines d'Imry-Ma délimités par des spinons localisés. Ce résultat est finalement discuté à la lumière de la renormalisation dans l'espace réel à fort désordre.

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Arthuis, Pierre. "Bogoliubov Many-Body Perturbation Theory for Nuclei : Systematic Generation and Evaluation of Diagrams and First ab initio Calculations." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS304/document.

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Abstract:

Les dernières décennies ont donné lieu à un développement rapide des théories ab initio visant à décrire les propriétés des noyaux à partir de l'interaction nucléonique. Un tel développement a été rendu possible à la fois par la très importante croissance de la puissance de calcul et de nouveaux développements formels. Le présent travail se consacre au développement de la théorie de perturbation à N corps de Bogolioubov récemment proposée, qui repose sur l'usage d'un état de référence brisant la symétrie associée au nombre de particules pour permettre une description des noyaux à simple couche ouverte. Le formalisme est tout d'abord décrit en détails, son lien avec la théorie de perturbation à N corps standard est établi, tout comme sa connexion avec la théorie de cluster couplés de Bogolioubov. L'extension du formalisme à des ordres plus élevés à partir de méthodes de théorie des graphes est ensuite présentée ainsi que le programme ADG qui génère et évalue les diagrammes BMBPT à un ordre quelconque. Les implications de ce développement formel dépassent le cadre du présent travail, les méthodes développées pouvant être appliqués à d’autres méthodes à N corps. Pour terminer, de premiers résultats numériques pour les isotopes de l'oxygène, du calcium et du nickel sont présentés. Ces résultats établissent la théorie de perturbation à N corps de Bogolioubov comme une méthode de premier intérêt pour des calculs à grande échelle sur les chaînes isotopiques et isotoniques de masse moyenne
The last few decades in nuclear structure theory have seen a rapid expansion of ab initio theories, aiming at describing the properties of nuclei starting from the inter-nucleonic interaction. Such an expansion relied both on the tremendous growth of computing power and novel formal developments. This work focuses on the development of the recently proposed Bogoliubov Many-Body Perturbation Theory that relies on a particle-number-breaking reference state to tackle singly open-shell nuclei. The formalism is first described in details, and diagrammatic and algebraic contributions are derived up to second order. Its link to standard Many-Body Perturbation Theory is made explicit, as well as its connexion to Bogoliubov Coupled-Cluster theory. An automated extension to higher orders based on graph theory methods is then detailed, and the ADG numerical program generating and evaluating BMBPT diagrams at arbitrary order is introduced. Such a formal development carries implications that are not restricted to the present work, as the developed methods can be applied to other many-body methods. Finally, first numerical results obtained for oxygen, calcium and nickel isotopes are presented. They establish BMBPT as a method of interest for large-scale computations of isotopic or isotonic chains in the mid-mass sector of the nuclear chart

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Ripoche, Julien. "Projected Bogoliubov Many-Body Perturbation Theory : Overcoming formal and technical challenges." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS325.

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Abstract:

Étant donnée l’interaction entre les nucléons,la résolution de l’équation de Schrödinger à A corps permet d’accéder aux propriétés des états quantiques des noyaux. La théorie des perturbations à N corps (MBPT) basée sur un état de champ moyen d’Hartree-Fock permet de traiter les corrélations dynamiques mises en jeu dans les noyaux à doubles couches fermées. Au-delà des fermetures de couches, la brisure spontanée de la symétrie U(1)associée à la conservation du nombre de protons et de neutrons permet en sus l’inclusion des corrélations statiques au niveau du champ moyen et la formulation de la théorie des perturbations à N corps de Bogoliubov (BMBPT). Néanmoins, les résultats des calculs BMBPT présentent des contaminations du fait que la brisure de symétrie n’est qu’émergente dans les systèmes quantiques finis tels que le noyau atomique. Ainsi, la restauration de la symétrie U(1) au-delà du champ moyen est nécessaire pour une description correcte et donne lieuà la formulation de la méthode BMBPT projetée(PBMBPT). Le but est d’implémenter PBMBPTafin d’effectuer des calculs ab initio pour les noyaux à couche ouverte et de masse intermédiaire. Le présent travail apporte des solutions systématiques aux problèmes formels et techniques qui se posent lorsde l’implémentation numérique de PBMBPT : une méthode automatique et sûre permettant de générer les diagrammes PBMBPT ainsi que les expressions correspondantes, un formalisme permettant de calculer d’autres observables que l’énergie, une extension de l’approximation en produit normal aux méthodes avec brisures de symétries ainsi qu’un outil automatique et sûr de réduction sphérique de réseaux de tenseurs
Given elementary inter-nucleon interactions,the resolution of the A-body Schrödinger equation gives access to the properties of the nuclear eigenstates. Many-body perturbation theory (MBPT) based on a Hartree-Fock mean field allows one to treat the dynamical correlations at play in doubly-closed-shell nuclei. Beyond shell closures,breaking U(1) symmetry associated with the conservation of neutron and proton numbers further permits to capture static correlations at the meanfield level and to formulate the well-behaved Bogoliubov many-body perturbation theory (BMBPT).Nevertheless, BMBPT results show contaminations associated with the broken symmetry that is only emergent on finite quantum system such as theatomic nucleus. Thus, the restoration of U(1) symmetry beyond the mean field is necessary for acorrect description and gives rise to the projected BMBPT method (PBMBPT). The goal is to implement PBMBPT in order to perform ab initio calculations of singly-open-shell mid-mass nuclei.The present work provides systematic solutions to the formal and technical problems arising during the implementation of PBMBPT: an automatic and safe method to generate PBMBPT diagrams and associated expressions, a framework to calculate other observables than the energy, an extension of the normal ordering approximation to symmetry breaking methods as well as an automatic and safe tool for spherical reduction of tensor networks

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Bureik, Jan-Philipp. "Number statistics and momentum correlations in interacting Bose gases." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP014.

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Abstract:

Ce travail de thèse est dédié à l'étude des statistiques du nombre et corrélations en impulsion dans des gaz de Bose sur réseaux interagissants. Le modèle de Bose-Hubbard est simulé en chargeant des condensats de Bose-Einstein (BEC) d'atomes d'Hélium-4 métastables dans un réseau optique tridimensionnel (3D). Ce modèle présente une transition de phase quantique d'un superfluide à un isolant de Mott induite par des fluctuations quantiques provoquées par l'interaction. L'objectif de ce travail est de comprendre le rôle de ces fluctuations quantiques en analysant leurs signatures dans l'espace des impulsions. Le schéma de détection original utilisé à cette fin fournit la distribution d'impulsion résolue à l'échelle de l'atome unique en 3D. À partir de ces jeux de données composés de milliers d'atomes individuels, les statistiques du nombre d'occupation de différents sous-volumes de l'espace des impulsions fournissent des informations sur les propriétés de corrélation ou de cohérence du gaz de Bose interagissant. À impulsions proches, ces probabilités d'occupation permettent l'identification de statistiques d'état pur sous-jacentes dans le cas d'états many-body classiques tels que les superfluides en réseau et les isolants de Mott. Dans le régime faiblement interagissant, des corrélations bien établies entre les paires d'atomes à impulsions opposées sont observées. De plus, on constate que ces corrélations entre paires diminuent en faveur de corrélations plus complexes entre plus de deux particules lorsque les interactions sont augmentées. Une observation directe de corrélations non-Gaussiennes encapsule la nature statistique complexe des superfluides fortement interagissants bien en amont de la transition de phase vers l'isolant de Mott. Enfin, lors de la transition de phase, on constate une augmentation des fluctuations du nombre d'occupation du mode du BEC, constituant une signature directe des fluctuations quantiques induisant la transition. Des quantités indépendantes de la taille du système, telles que le cumulant de Binder, présentent des variations abruptes même dans un système de taille finie et semblent prometteuses pour constituer des observables appropriés permettant de déterminer le comportement universel lorsqu'elles sont mesurées dans un système homogène
This thesis work is dedicated to the study of number statistics and momentum correlations in interacting lattice Bose gases. The Bose-Hubbard model is simulated by loading Bose-Einstein condensates (BECs) of metastable Helium-4 atoms into a three-dimensional (3D) optical lattice. This model exhibits a quantum phase transition from a superfluid to a Mott insulator that is driven by interaction-induced quantum fluctuations. The objective of this work is to comprehend the role of these quantum fluctuations by analyzing their signatures in momentum space. The original detection scheme employed towards this aim provides the single-particle resolved momentum distribution of the atoms in 3D. From such datasets made up of thousands of individual atoms, the number statistics of occupation of different sub-volumes of momentum space yield information about correlation or coherence properties of the interacting Bose gas. At close-by momenta these occupation probabilities permit the identification of underlying pure-state statistics in the case of textbook many-body states such as lattice superfluids and Mott insulators. In the weakly-interacting regime, well-established correlations between pairs of atoms at opposite momenta are observed. Furthermore, these pair correlations are found to decrease in favor of more intricate correlations between more than two particles as interactions are increased. A direct observation of non-Gaussian correlations encapsulates the complex statistical nature of strongly-interacting superfluids well before the Mott insulator phase transition. Finally, at the phase transition, fluctuations of the occupation number of the BEC mode are found to be enhanced, constituting a direct signature of the quantum fluctuations driving the transition. System-size independent quantities such as the Binder cumulant are shown to exhibit distinctive sharp features even in a finite-size system, and hold promise for constituting suitable observables for determining universal behavior when measured in a homogeneous system

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Minganti, Fabrizio. "Out-of-Equilibrium Phase Transitions in Nonlinear Optical Systems." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC004/document.

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Abstract:

Dans cette thèse nous étudions théoriquement de systèmes dissipatifs pompés,décrits par une équation maîtresse de Lindblad. En particulier, nous adressons les problématiques liés à l’émergence de phénomènes critiques. Nous présentons une théorie générale reliant les transitions de phase du premier et deuxième ordres aux propriétés spectrales du superopérateur liouvillien. Dans la région critique, nous déterminons la forme générale de l’état stationnaire et de la matrice propre du liouvillien associée à son gap spectral. Nous discutons aussi l’utilisation de trajectoires quantiques individuelles afin de révéler l’apparition des transitions de phase. En ayant dérivé une théorie générale, nous étudions le modèle de Kerr en présence de pompage à un photon (cohérent) et à deux photons (paramétrique) ainsi que de dissipation. Nous explorons les propriétés dynamiques d’une transition de phase du premier ordre dans un modèle de Bose-Hubbard dissipatif et d’une de second ordre dans un modèle XYZ dissipatif d’Heisenberg. Enfin, nous avons considéré la physique des cavités soumises à de la dissipation à un et deux photons ainsi qu’un pompage à deux photons, obtenu par ingénierie de réservoirs. Nous avons démontré que l’état stationnaire unique est un mélange statistique de deux états chats de Schrödinger, malgré de fortes pertes à un photon.Nous proposons et étudions un protocole de rétroaction pour la génération d’états chat purs
In this thesis we theoretically study driven-dissipative nonlinear systems, whosedynamics is capture by a Lindblad master equation. In particular, we investigate theemergence of criticality in out-of-equilibrium dissipative systems. We present a generaland model-independent spectral theory relating first- and second-order dissipative phasetransitions to the spectral properties of the Liouvillian superoperator. In the critical region,we determine the general form of the steady-state density matrix and of the Liouvillianeigenmatrix whose eigenvalue defines the Liouvillian spectral gap. We discuss the relevanceof individual quantum trajectories to unveil phase transitions. After these general results,we analyse the inset of criticality in several models. First, a nonlinear Kerr resonator in thepresence of both coherent (one-photon) and parametric (two-photon) driving and dissipation.We then explore the dynamical properties of the coherently-driven Bose-Hubbard and of thedissipative XYZ Heisenberg model presenting a first-order and a second-order dissipativephase transition, respectively. Finally, we investigate the physics of photonic Schrödingercat states in driven-dissipative resonators subject to engineered two-photon processes andone-photon losses. We propose and study a feedback protocol to generate a pure cat-likesteady state

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Bayo, Djénabou. "Détermination de phase par Deep Learning pour les systèmes désordonnés." Electronic Thesis or Diss., CY Cergy Paris Université, 2024. http://www.theses.fr/2024CYUN1280.

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Ces dernières années, nous avons vu l'émergence d'un grand nombre de publications de machine learning (ML) dans les domaines de la physique de la matière condensée et de la physique statistique. En particulier, les outils de ML apparaissent comme des méthodes valides pour l'identification de phase. Dans cette thèse, nous étudions le ML sous le spectre de deux modèles. Le premier est le modèle de percolation de site en deux dimensions. Dans ce modèle paradigmatique, les sites sont occupés avec une probabilité p; une transition de phase du second ordre d'une phase non-percolante à une phase percolante apparait à une probabilité d'occupation p_c, appelé seuil de percolation. A l'aide de méthodes d'apprentissage supervisé telles que la classification et la régression, nous explorons les capacités des réseau de neurones convolutifs (CNNs) à prédire la densité d'occupation «p», la longueur de corrélation «xi», ainsi que la présence d'amas percolant. Nous constatons que les CNNs, qui ne sont à la base pas pensés pour la physique arrivent à prédire «p».Cependant pour «xi» ou la présence d'amas percolant, ces mêmes techniques ne parviennent pas à donner de résultats satisfaisants. Le second modèle est le modèle de localisation d'Anderson en trois dimensions. Ce modèle se caractérise par une localisation de la fonction d'onde au-delà d'un désordre critique «W_c». Nous commençons par reproduire des résultats obtenus précédemment en classification de phase, et réalisons par la suite des études dans le but d'identifier plusieurs valeurs de désordres dans les deux phases. Au cours de nos recherches, nous étudions l'influences de la taille du système ou la nature de l’entrée sur la performance du réseau. Au travers de l'étude de ces deux modèles, nous montrons les points forts et les limitations auxquels il est possible d'être confrontés en utilisant le ML pour la reconnaissance de phase
Our first model is the two-dimensional site percolation. In this paradigmatic model, sites are randomly occupied with probability «p»; a second-order phase transition from a non-percolating to a fully percolating phase appears at occupation density «p_c», called percolation threshold. Through supervised deep learning approaches like classification and regression, we explore the ability of convolutional neural networks (CNNs) to predict the density of occupation «p» of percolation states, the correlation length «xi», as well as the presence of a spanning cluster. We find that image recognition tools such as CNN, which are not naturally tailored for physics, successfully identify «p». However, when dealing with parameters like «xi» or the presence of a spanning cluster, these same techniques fail to provide quantitative results. The second model is the three-dimensional Anderson model of localisation. This model is characterised by a localisation of the wavefunctions above a critical disorder «W_c». We begin by reproducing previous work done on phase classification, and perform several new studies with classification and regression methods, to identify individual disorders in both phases. Throughout our investigation, multiple parameters such as the size of the system or the nature of the input are studied to observe their influence on the performance of the model. Via the study of these two models and the use of several ML methods, we will display the successes and limitations that one might be confronted with when using ML for phase recognition

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Delange, Pascal. "Many-electron effects in transition metal and rare earth compounds : Electronic structure, magnetic properties and point defects from first principles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX040/document.

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Le sujet de cette thèse est la théorie à partir des premiers principes de la structure électronique de matériaux présentant de fortes corrélations électroniques. D’importants progrès ont été faits dans ce domaine grâce aux implémentations modernes de Théorie de la Fonctionelle de Densité (DFT). Néanmoins, la méthode DFT a certaines limitations. D’une part, elle est faite pour décrire les propriétés de l’état fondamental mais pas des états excités des matériaux, bien que ces derniers soient également importants. D’autre part, les approximations de la fonctionnelle employées en pratique réduisent la validité de la DFT, conceptuellement exacte : en particulier elles décrivent mal les matériaux aux effets de corrélations les plus importants.Depuis les années 1990, différentes théoriques quantiques à N corps ont été utilisées pour améliorer ou compléter les simulations à base de DFT. Une des plus importantes est la Théorie du Champ Moyen Dynamique (DMFT), dans laquelle un modèle sur réseau est relié de manière auto-cohérente à un modèle plus simple d’impureté, ce qui donne de bons résultats à condition que les corrélations soient principalement locales. Nous présentons brièvement ces théories dans la première partie de cette thèse. Les progrès récents de la DMFT visent, entre autres, à mieux décrire les effets non-locaux, à comprendre les propriétés hors équilibre et à décrire de vrais matériaux plutôt que des modèles.Afin d’utiliser la DMFT pour décrire de vrais matériaux, il faut partir d’un calcul de structure électronique traitant tous les électrons au même niveau, puis appliquer une correction traitant les effets à N corps sur un sous-espace de basse énergie d’orbitales autour niveau de Fermi. La définition cohérente d’un tel sous-espace nécessite de tenir compte de la dynamique des électrons en-dehors de cet espace. Ces derniers, par exemple, réduisent la répulsion de Coulomb entre électrons dans le sous-espace. Néanmoins, combiner la DFT et la DMFT n’est pas aisé car les deux n’agissent pas sur la même observable. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions les modèles de basses énergies, comme la technique échange écranté + DMFT récemment proposée. Nous analysons l’importance de l’échange non-local et des interactions de Coulomb retardées, et illustrons cette théorie en l’appliquant aux états semi-cœur dans les métaux d10 Zn et Cd.Dans la dernière partie, nous utilisons ces méthodes pour étudier trois matériaux corrélés importants d’un point de vue technologique. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la physique des mono-lacunes dans la phase paramagnétique du fer. De façon surprenante pour un défaut aussi simple, son énergie de formation n’a toujours pas été obtenue de manière cohérente par la théorie et l’expérience. Nous démontrons que cela est dû à de subtils effets de corrélations autour de la lacune dans la phase paramagnétique à haute température : cette phase est plus fortement corrélée que la phase ferromagnétique, où des calculs de DFT ont été faits.Dans un deuxième temps, nous étudions la transition métal-isolant dans la phase métastable VO2 B. Nous montrons que cette transition ressemble à celle entre la phase conventionnelle rutile et la phase M2 de VO2, mettant en jeu à la fois des liaisons covalentes dans les dimères et une transition de Mott sur les atomes V restants. Nous étudions également l’effet de lacunes d’oxygène sur la structure électronique de VO2.Enfin, nous proposons une technique au-delà de la DFT pour calculer le champ cristallin dans les oxydes et alliages de terres rares. Bien que l’amplitude de ce champ soit faible pour les orbitales localisées 4f des lanthanides, il est crucial pour leur caractère d’aimant permanent. En modifiant l’approximation Hubbard I pour résoudre les équations de DMFT, nous évitons une erreur d’auto-interaction faible en valeur absolue mais physiquement importante, démontrant l’importance de modèles de basse énergie correctement définis
The topic of this thesis is the first-principles theory of the electronic structure of materials with strong electronic correlations. Tremendous progress has been made in this field thanks to modern implementations of Density Functional Theory (DFT). However, the DFT framework has some limits. First, it is designed to predict ground state but not excited state properties of materials, even though the latter may be just as important for many applications. Second, the approximate functionals used in actual calculations have more limited validity than conceptually exact DFT: in particular, they are not able to describe those materials where many-electron effects are most important.Since the 1990's, different many-body theories have been used to improve or complement DFT calculations of materials. One of the most significant non-perturbative methods is Dynamical Mean-Field Theory (DMFT), where a lattice model is self-consistently mapped onto an impurity model, producing good results if correlations are mostly local. We briefly review these methods in the first part of this thesis. Recent developments on DMFT and its extensions were aimed at better describing non-local effects, understanding out-of-equilibrium properties or describing real materials rather than model systems, among others. Here, we focus on the latter aspect.In order to describe real materials with DMFT, one typically needs to start with an electronic structure calculation that treats all the electrons of the system on the same footing, and apply a many-body correction on a well-chosen subspace of orbitals near the Fermi level. Defining such a low-energy subspace consistently requires to integrate out the motion of the electrons outside this subspace. Taking this into account correctly is crucial: it is, for instance, the screening by electrons outside the subspace strongly reduces the Coulomb interaction between electrons within the subspace. Yet it is a complex task, not least because DFT and DMFT are working on different observables. In the second part of this thesis, we discuss low-energy models in the context of the recently proposed Screened Exchange + DMFT scheme. In particular, we study the importance of non-local exchange and dynamically-screened Coulomb interactions. We illustrate this by discussing semi-core states in the d10 metals Zn and Cd.In the third and last part, we use the methods described above to study the electronic structure of three fundamentally and technologically important correlated materials. First, we discuss the physics of point defects in the paramagnetic phase of bcc Fe, more precisely the simplest of them: the monovacancy. Surprisingly for such a simple point defect, its formation energy had not yet been reported consistently from calculations and experiments. We show that this is due to subtle but nevertheless important correlation effects around the vacancy in the high-temperature paramagnetic phase, which is significantly more strongly correlated than the ferromagnetic phase where DFT calculations had been done.Second, we study the metal-insulator phase transition in the metastable VO2 B phase. We show that this transition is similar to that between the conventional rutile and M2 VO2 phases, involving both bonding physics in the dimer and an atom-selective Mott transition on the remaining V atoms. Motivated by recent calculations on SrVO3, we study the possible effect of oxygen vacancies on the electronic structure of VO2.Finally, we propose a scheme beyond DFT for calculating the crystal field splittings in rare earth intermetallics or oxides. While the magnitude of this splitting for the localized 4f shell of lanthanides does not typically exceed a few hundred Kelvin, it is crucial for their hard-magnetic properties. Using a modified Hubbard I approximation as DMFT solver, we avoid a nominally small but important self-interaction error, stressing again the importance of carefully tailored low-energy models

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Angelone, Adriano. "Strongly correlated systems of bosons and fermions : a diagrammatic, variational and path integral Monte Carlo study." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAF028/document.

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Abstract:

Mon travail de thèse se concentre sur l'étude, à l'aide de techniques numériques, de systèmes de fermions et bosons fortement corrélés. J'étudie Hamiltoniens de bosons sur réseau avec interactions à portée étendue, avant un intérêt pour expériences concernant atomes en états Rydberg-dressed, par moyen de simulations Path Integral Monte Carlo. Mon résultat principal est la démonstration d'un état de superverre en absence de sources de frustration dans le système.J'étudie également la modèle t-J fermionique avec deux trous par moyen de simulationsVariational Monte Carlo avec l’ansatz Entangled Plaquette States (EPS). Mon étude est fondamental en la perspective d'appliquer l'ansatz EPS à autres systèmes fermioniques, d’intérêt pour la supraconductivité à haute temperature, dont le comportement n'a pas encore été déterminé. Finalement, je présente mon travail sur une implémentation de l'algorithme Diagrammatic Monte Carlo
The focus of my thesis is the investigation, via numerical approaches, of strongly correlated models of bosons and fermions. I study bosonic lattice Hamiltonians with extended--range interactions, of interest for experiments with cold Rydberg-dressed atoms, via Path Integral MonteCarlo simulations. My main result is the demonstration of a superglass in the absence of frustration sources in the system. I also study the fermionic $t-J$ model in the presence of two holes via Variational Monte Carlo with the Entangled Plaquette States Ansatz. My study is foundational to the extension of this approach to other fermionic systems, of interest for high temperature superconductivity, where the physical picture is still under debate (such as, e.g., the $t-J$ model in the case of finite hole concentration). Finally, I discuss my work on an implementation of the Diagrammatic Monte Carlo algorithm

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Masella, Guido. "Exotic quantum phenomena in cold atomic gases : numerical approaches." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAF061.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est l'étude des propriétés à basse énergie et température de systèmes fortement corrélés de bosons interagissant via des potentiels à portée longue et étendue, et pertinentes pour la réalisation expérimentale avec des gaz atomiques froids. Cette étude est réalisée à l'aide d'une combinaison de techniques numériques, comme le Path Integral Montecarlo et de techniques analytiques. Le principal résultat de mon travail est la démonstration de l’existence d’une phase supersolide à bandes et d’une rare transition entre différents supersolides dans un modèle à interaction finie de bosons de coer dur sur un réseau carré. J'étudie également les scénarios hors d'équilibre de tels modèles via des quenches de température simulées. Enfin, j'étudie comment la restauration de l'extensibilité énergétique dans des systèmes en interaction à longue portée peut avoir une incidence profonde sur les propriétés de basse énergie dans la limite thermodynamique
The central aim of this thesis is the study of the low-energy and low-temperature properties of strongly correlated systems of bosonic particles interacting via finite- and long-range potentials, and relevant to experimental realization with cold atomic gases. This study is carried out with a combination of state-of-the-art numerical techniques such as Path Integral Monte Carlo and analytical techniques. The main result of my work is the demonstration of the existence of a stripe supersolid phase and of a rare transition between isotropic and anisotropic supersolids in a finite-range interacting model of hard-bosons on a square lattice. I also investigate the out-of-equilibrium scenarios of such models via simulated temperature quenches. Finally, I investigate how restoring energy extensivity in long-range interacting systems can have a profound incidence on the low-energy properties in the thermodynamic limit

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Baboux, Florent. "Effets spin-orbite géants sur les modes collectifs de spin de puits quantiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01020564.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude des effets du couplage spin-orbite dans des puits quantiques semi-conducteurs dopés (GaAs et CdMnTe), par spectroscopie Raman électronique. Dans ces structures existent des champs magnétiques intrinsèques (Dresselhaus et Rashba). Ces champs offrent des moyens attractifs pour manipuler le spin des électrons, mais contribuent aussi à la relaxation de spin via leur dépendance avec le vecteur d'onde de l'électron (mécanisme D'yakonov-Perel'). Nous montrons que pour les modes collectifs de spin de puits quantiques, le scénario destructif D'yakonov-Perel' est transformé en un scénario constructif : les interactions Coulombiennes font émerger un champ spin-orbite collectif, proportionnel au vecteur d'onde de l'excitation, et renforcé d'un facteur de plusieurs unités par rapport aux champs spin-orbite individuels. Nous mettons d'abord en évidence ces effets spin-orbite géants sur le plasmon de spin inter-sous-bande, dans des puits quantiques de GaAs. Le champ spin-orbite collectif, qui conduit à un éclatement de structure fine du spectre plasmon, est superposé à un champ magnétique extérieur et cartographié dans l'espace réciproque. Nous étudions ensuite l'onde de spin intra-sous-bande du gaz d'électrons polarisé en spin, dans des puits quantiques magnétiques dilués de CdMnTe. Le champ spin-orbite collectif se superpose ici au champ Zeeman géant du composé. Nous mesurons le facteur de renforcement du champ spin-orbite collectif. Enfin, nous déterminons la dépendance du facteur de renforcement avec la densité électronique, et démontrons la possibilité de contrôler l'amplitude du champ spin-orbite collectif à l'aide d'une grille optique.

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Botzung, Thomas. "Study of strongly correlated one-dimensional systems with long-range interactions." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAF062.

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Abstract:

Durant cette thèse, nous étudions des systèmes unidimensionnels avec des couplages longue-portée. Dans la première partie, nous démontrons que ces couplages entraînent une décroissance algébrique des corrélations dans des fils quantiques désordonnés. Deuxièmement, nous analysons un modèle étendu de Hubbard où les particules interagissent via un potentiel « soft-core » générant de nouvelles phases exotiques. Dans le troisième chapitre, nous démontrons que restaurer l’extensivité a une influence sur les propriétés de basse énergie de modèle quantique dans la limite thermodynamique. Finalement, nous présentons des résultats préliminaires sur la modification de la localisation d’Anderson en présence d’un couplage avec une cavité
During this Ph.D., we studied one-dimensional systems with long-range couplings. In the first part, we demonstrate that power-law couplings lead to an algebraic decay of correlations at long distances in disordered quantum wires. In the second chapter, we analysed an extended Hubbard model where particles interact via a finite-range potential that induces frustration and new exotic phases. In the third chapter, we demonstrated that restoring energy extensivity has an influence on the low-energy properties of quantum model in the thermodynamic limit. Finally, we provide preliminary results on the modification of Anderson localization due to the coupling to a cavity mode

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Stellin, Filippo. "Anderson localization in interacting quantum systems." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2020. http://www.theses.fr/2020UNIP7004.

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Dans cette thèse nous étudions au niveau théorique le comportement des particules quantiques (électrons, atomes, photons, etc.) se mouvant dans un milieu désordonné et sujets à la localisation d’Anderson. Pour des particules non interagissantes, le spectre de l’énergie peut posséder un ou plus points critiques, où les fonctions d’onde étendues deviennent localisées, en donnant lieu à une transition de phase métal-isolant connue comme Transition d’Anderson.Une question fondamentale est si et comment les transitions d’Anderson survivent dans des systèmesquantiques interagissants. Dans cet ouvrage, nous étudions un modèle simple décrivant le cas de deux particules dans un réseau désordonné et sujettes à des interactions mutuelles à courte portée. En combinant des simulations numériques sur une grande échelle avec des techniques à la fonction de Green, nous montrons que les transitions d’Anderson à deux particules se produisent en trois dimensions et explorons le diagramme de phase dans l’espace de l’énergie, du désordre et de l’interaction.Cette dernière présente une structure riche, caractérisée par un double renfoncement de la limite de phase, engendrée par la compétition entre les états de diffusion et les états liés de la paire. Nous prouvons aussi que les annonces précédentes concernant l’apparition de transitions d’Anderson en deux dimensions étaient essentiellement dues à des effets de taille finie.Un deuxième problème que nous abordons dans cette thèse est celui de l’occurrence de transitions métal-isolant en deux dimensions pour une particule en la présence d’un potentiel spatialement corrélé et sujette à des interactions spin-orbite, modélisées par les couplages Rashba-Dresselhaus. On éclaire que, indépendamment des propriétés du désordre, il y a un régime où l’énergie critique dépend linéairement du paramètre de désordre. La pente et l’intercepte sont étudiées en voisinage du point de symétrie spin-hélice persistant, dans lequel la symétrie SU(2) est restaurée et la transition métal-isolant disparaît
In this thesis we theoretically investigate the behaviour of quantum particles (electrons, atoms, photons, etc.) moving in a random medium and undergoing Anderson localization. For noninteractingparticles, the energy spectrum can possess one or more critical points, where the nature of the single-particle wavefunctions changes from extended to localized leading to a undergoes a metal-insulator phase transition, also known as Anderson transition.A fundamental question is whether and how Anderson transitions survive in interacting quantum systems. Here we study a minimal model of two particles moving in a disordered lattice and subject to short-range mutual interactions. By combining large-scale numerics with Green’s functions techniques, we show that two-particle Anderson transitions do occur in three dimensions and explore the phase diagram in the space of energy, disorder and interaction strength. The latter presents a rich structure, characterized by a doubly reentrant behavior, caused by the competition between scattering and bound states of the pair. We also show that previous claims of 2D Anderson transitions of the pair are essentially due to finite-size effects.A second problem that we address in this thesis is the occurrence of 2D metal-insulator transitions for a single particle in the presence of a spatially correlated potential and subject to spin-orbit interactions, described by Rashba-Dresselhaus couplings. We illustrate that, irrespective of the properties of the disorder, there is a regime where the critical energy depends linearly on the disorder strength. The slope and the intercept are studied in the vicinity of the spin-helix point, where the SU(2) symmetry is restored and the 2D metal-insulator transition disappears

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Decamp, Jean. "Symétries et corrélations dans les gaz quantiques fortement interagissants à une dimension." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4060/document.

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Abstract:

L’objectif principal de cette thèse est l’étude théorique de mélanges quantiques fortement interagissants à une dimension et soumis à un potentiel externe harmonique. De tels systèmes fortement corrélés peuvent être réalisés et testés dans des expériences d’atomes ultrafroids. Leurs propriétés de symétrie par permutation non triviales sont étudiées, ainsi que leurs effets sur les corrélations. Exploitant une solution exacte pour des interactions fortes, nous extrayons des propriétés générales des corrélations encodées dans la matrice densité à un corps et dans les distributions des impulsions associées, dans les mélanges fermioniques et de Bose-Fermi. En particulier, nous obtenons des résultats substantiels sur le comportement à courtes distances, et donc les queues à haute impulsions, qui suivent des lois en k^−4 typiques. Les poids de ces queues, dénotés contacts de Tan, sont liés à de nombreuses propriétés thermodynamiques des systèmes telles que les corrélations à deux corps, la dérivée de l’énergie par rapport à la longueur de diffusion unidimensionnelle, ou le facteur de structure statique. Nous montrons que ces contacts universels de Tan permettent également de caractériser la symétrie spatiale des systèmes, et constituent donc une connexion profonde entre les corrélations et les symétries. En outre, la symétrie d’échange est extraite en utilisant une méthode de théorie des groupes, à savoir la méthode de la somme des classes (class-sum method en anglais), qui provient à l’origine de la physique nucléaire. De plus, nous montrons que ces systèmes suivent une version généralisée du fameux théorème de Lieb-Mattis. Souhaitant rendre nos résultats aussi pertinents expérimentalement que possible, nous dérivons des lois d’échelle pour le contact de Tan en fonction de l’interaction, de la température et du confinement transverse. Ces lois présentent des effets intéressants liés aux fortes corrélations et à la dimensionnalité
The main focus of this thesis is the theoretical study of strongly interacting quantum mixtures confined in one dimension and subjected to a harmonic external potential. Such strongly correlated systems can be realized and tested in ultracold atoms experiments. Their non-trivial permutational symmetry properties are investigated, as well as their interplay with correlations. Exploiting an exact solution at strong interactions, we extract general correlation properties encoded in the one-body density matrix and in the associated momentum distributions, in fermionic and Bose-Fermi mixtures. In particular, we obtain substantial results about the short-range behavior, and therefore the high-momentum tails, which display typical k^−4 laws. The weights of these tails, denoted as Tan’s contacts, are related to numerous thermodynamic properties of the systems such as the two-body correlations, the derivative of the energy with respect to the one-dimensional scattering length, or the static structure factor. We show that these universal Tan’s contacts also allow to characterize the spatial symmetry of the systems, and therefore is a deep connection between correlations and symmetries. Besides, the exchange symmetry is extracted using a group theory method, namely the class-sum method, which comes originally from nuclear physics. Moreover, we show that these systems follow a generalized version of the famous Lieb-Mattistheorem. Wishing to make our results as experimentally relevant as possible, we derive scaling laws for Tan’s contact as a function of the interaction, temperature and transverse confinement. These laws. Display displadisplay display interesting effects related to strong correlations and dimensionality

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Laflamme, Janssen Jonathan. "Méthode de calcul à N-corps basée sur la G0W0 : étude du couplage électron-phonon dans le C60 et développement d’une approche accélérée pour matériaux organiques." Thèse, 2013. http://hdl.handle.net/1866/10809.

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Abstract:

La présente thèse porte sur les limites de la théorie de la fonctionnelle de la densité et les moyens de surmonter celles-ci. Ces limites sont explorées dans le contexte d'une implémentation traditionnelle utilisant une base d'ondes planes. Dans un premier temps, les limites dans la taille des systèmes pouvant être simulés sont observées. Des méthodes de pointe pour surmonter ces dernières sont ensuite utilisées pour simuler des systèmes de taille nanométrique. En particulier, le greffage de molécules de bromophényle sur les nanotubes de carbone est étudié avec ces méthodes, étant donné l'impact substantiel que pourrait avoir une meilleure compréhension de ce procédé sur l'industrie de l'électronique. Dans un deuxième temps, les limites de précision de la théorie de la fonctionnelle de la densité sont explorées. Tout d'abord, une étude quantitative de l'incertitude de cette méthode pour le couplage électron-phonon est effectuée et révèle que celle-ci est substantiellement plus élevée que celle présumée dans la littérature. L'incertitude sur le couplage électron-phonon est ensuite explorée dans le cadre de la méthode G0W0 et cette dernière se révèle être une alternative substantiellement plus précise. Cette méthode présentant toutefois de sévères limitations dans la taille des systèmes traitables, différents moyens théoriques pour surmonter ces dernières sont développés et présentés dans cette thèse. La performance et la précision accrues de l'implémentation résultante laissent présager de nouvelles possibilités dans l'étude et la conception de certaines catégories de matériaux, dont les supraconducteurs, les polymères utiles en photovoltaïque organique, les semi-conducteurs, etc.
This thesis studies the limitations of density functional theory. These limits are explored in the context of a traditional implementation using a plane waves basis set. First, we investigate the limit of the size of the systems that can be treated. Cutting edge methods that assess these limitations are then used to simulate nanoscale systems. More specifically, the grafting of bromophenyl molecules on the sidewall of carbon nanotubes is studied with these methods, as a better understanding of this procedure could have substantial impact on the electronic industry. Second, the limitations of the precision of density functional theory are explored. We begin with a quantitative study of the uncertainty of this method for the case of electron-phonon coupling calculations and find it to be substantially higher than what is widely presumed in the literature. The uncertainty on electron-phonon coupling calculations is then explored within the G0W0 method, which is found to be a substantially more precise alternative. However, this method has the drawback of being severely limitated in the size of systems that can be computed. In the following, theoretical solutions to overcome these limitations are developed and presented. The increased performance and precision of the resulting implementation opens new possibilities for the study and design of materials, such as superconductors, polymers for organic photovoltaics and semiconductors.

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Dissertations / Theses on the topic 'Physique quantique à plusieurs corps'

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