Solitons brillants de potassium, diffusion non-linéaire dans un milieu désordonné

Nonlinear scattering of atomic bright solitons in disorder

• Auteur / Autrice : Louis Boisse
• Direction : Thomas Bourdel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance le 30/08/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau, Essonne ; 1998-....) - Laboratoire Charles Fabry
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Pavloff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Bourdel, Anna Minguzzi, Pascal Szriftgiser, Laurent Longchambon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Minguzzi, Pascal Szriftgiser

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie du transport

Ordre et désordre (physique)

Solitons

Condensation de Bose-Einstein

Potassium

Atomes froids

Matière condensée

Mots clés libres

Potassium 39

Atomes froids

Résonance de Feshbach

Solitons brillants

Milieu désordonné

Transport

Potassium 39

Cold atoms

Feshbach resonance

Bright soliton

Disordered potential

Transport

Résumé

Ce travail porte sur l'étude du phénomène de transport de particules dans un milieu désordonné en présence d'interactions. Nous utilisons des solitons brillants de 39K qui présentent l'avantage d'avoir une densité, donc des interactions, constante en fonction du temps. Les deux premiers chapitres présentent les différentes étapes de refroidissement nécessaires pour atteindre la condensation de Bose-Einstein. En raison des mauvaises propriétés de collisions du potassium 39 à champ magnétique nul, il est nécessaire d'avoir recours aux résonances de Feshbach pour augmenter la section efficace de collision du gaz atomique et ainsi effectuer une évaporation efficace. Les observations expérimentales de résonances de Feshbach en onde p et d sont également présentées dans le chapitre 2. Les résonances de Feshbach peuvent également être utilisées pour contrôler les interactions de champ moyen dans un condensat de Bose-Einstein. En se plaçant à des interactions légèrement attractives, l'énergie d'interaction compense l'étalement du nuage atomique et nous formons des solitons. C'est le sujet du troisième chapitre. Nous avons aussi travaillé à l'optimisation du potentiel chimique des solitons. Le dernier chapitre porte sur l'observation de la propagation non linéaire de solitons, se déplaçant à une vitesse contrôlée, dans un milieu désordonné formé par un speckle optique. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus avec des atomes sans interaction puis à des simulations numériques basées sur l'équation de Gross-Pitaevskii 1D.

This work is focused on the study of the phenomenon of transport of particles in disorder and with interactions. We form bright solitons of 39K because they permit to work with constant density, i.e. constant interactions, during long times. The first two chapters describe the different cooling steps used to reach the Bose-Einstein condensation. Due to the bad collision properties of the 39K, it is necessary to use the Feshbach resonances to increase the collision cross-section and thus to effectively evaporate. Experimental observations of p wave and d wave Feshbach resonances are also reported in the second chapter. Feshbach resonances can also be used to control the interactions in a Bose-Eintein condensate. For slightly attractive interactions, the interaction energy compensate the spreading of the cloud and we observe the formation of bright atomic solitons. This is explained in the third chapter. We also study the optimisation of the chemical potential of the solitons. The last chapter deals with the observation of the nonlinear propagation of solitons, moving with a controled speed, in a disordered potential created by an optical speckle. The results are compared to those obtained with noninteracting atoms. Lastly, the experimental results are compared with numerical simulations using the 1D Gross-Pitaevskii equation.