Test expérimental de l’universalité de la transition d’Anderson avec des atomes froids : indépendance de l’exposant critique ν face aux détails microscopiques

par Matthias Paul Lopez

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Pascal Szriftgiser et de Jean-Claude Garreau.


  • Résumé

    En physique du solide, l’étude des effets du désordre a mené à la découverte d’une transition de phase. A faible désordre le solide est conducteur. A fort désordre ce dernier devient isolant. Cette dernière porte le nom de “transition d’Anderson” ou encore de “transition métal-isolant”. Elle peut être caractérisée par un exposant critique ν. Il est prédit théoriquement que sa valeur est universelle, autrement dit, qu’elle n’est pas dépendante des détails microscopiques caractérisant le désordre, mais seulement des symétries satisfaites par le hamiltonien. La réalisation expérimentale d’un tel système est délicate. Des effets de décohérence trop nombreux viennent fausser la mesure de l’exposant critique. Pour contourner ces difficultés, nous réalisons un rotateur frappé avec des atomes froids. La dynamique quantique de ce système est connue pour être la même que celle de l’électron dans un potentiel désordonné. Nous testons alors différents jeux de paramètres régissant le désordre microscopique, et montrons que l’exposant critique ν en est indépendant. Ainsi nous prouvons expérimentalement l’universalité de la transition, ainsi que son appartenance à une classe d’universalité : l’ensemble gaussien orthogonal. Nous détaillons par ailleurs un changement de taille dans le dispositif : la réalisation d’une onde stationnaire verticale et d’une détection vélocimétrique par temps de vol.

  • Titre traduit

    Experimental test of the universality of the Anderson transition with cold atoms : independence of the critical exponent ν to the microscopic details


  • Résumé

    In solid state physics, the study of the effects of disorder led to the discovery of a phase transition. For weak disorder, the solid is a conductor, whereas for strong disorder it becomes an insulator. This is known as the “Anderson transition” or as the “metal-insulator transition”, and can be characterized by a critical exponent ν. It is theoretically predicted that this exponent’s value is universal, i.e., that it is not determined by the microscopic details, but only by the symmetries of the Hamiltonian.The experimental realization of such a system in condensed matter is rather difficult. Decoherence effects cannot neglected and affect critical exponent’s value. To circumvent this phenomenon, we use cold atoms to experimentally realize a kicked rotor. The quantum dynamics of such a system are known to mimic those of the solid state problem. We hence test different sets of parameters controlling the statistical properties of the disorder, and show that the critical exponent ν is independent. We hereby prove the universality of the transition, and determine experimentally its universality class : the Gaussian Orthogonal Ensemble. We will then detail an important change in the experimental setup : the installation of a vertical standing wave, and of a time-of-flight velocimetric detection.


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