Quantum transport of ultracold atoms in disordered media : Elastic scattering time and spectral functions
Transport quantique d'atomes ultra-froids en milieu désordonné : Temps de diffusion élastique et fonctions spectrales
Résumé
This manuscript presents the work of a thesis dealing with the quantum transport of matter-waves in optical disordered potentials. This thesis lies in the context of the experimental study of the critical regime of the Anderson transition separating the localized states of a quantum particle in a disordered potential from its diffusive states. We will first present the fundamental concepts of wave propagation in disordered media to introduce the phenomenon of Anderson localization, for which we will establish the state of the art of its study with ultracold atoms. We will then present our apparatus, generating Bose-Einstein condensates as sources of matter-waves as well as our setup generating a spin-dependant optical disorder. We will focus on the upgrades we brought to our experiment to overcome the limitations previously encountered. After the introduction of these concepts, we will focus on the measurement of the elastic scattering time which is one the elmentary parameters of wave propagation in disorder. We will finish by connecting those measurements to the concept of spectral function, previously measured with our experiment. All those works pave the way to the spectrocopic study of the Anderson transition with ultracold atoms.
Ce manuscrit présente les travaux de thèse traitant du transport quantique d'onde de matière dans des potentiels optiques désordonnés. Le contexte de cette thèse s'inscrit dans la quête de l'étude expérimentale du régime critique de la transition d'Anderson, séparant les états liés d'une particule quantique localisée dans un potentiel désordonné des états diffusifs. Dans un premier temps, nous présenterons les concepts fondamentaux de la propagation d'ondes en milieu désordonné pour introduire le phénomène de localisation d'Anderson, dont nous dresserons un état de l'art de l'étude avec des atomes ultra-froids. Nous présenterons ensuite notre plateforme expérimentale, permettant de générer des condensats de Bose-Einstein servant de source d'onde de matière ainsi que notre dispositif de génération de désordre optique dépendant de l'état de spin. Nous nous attacherons ainsi à décrire les modifications apportées à notre expérience afin de dépasser les limitations expérimentales précédemment rencontrées. Après la présentation de ces concepts, nous nous concentrerons sur la mesure du temps de diffusion élastique, un des paramètres élémentaires de la propagation d'ondes dans le désordre. Nous terminerons par relier ces mesures à la notion de fonction spectrale, précédemment mesurée sur notre expérience. L'ensemble de ces travaux ouvre la voie à l'étude spectroscopique de la transition d'Anderson avec des atomes ultra-froids.
Origine : Version validée par le jury (STAR)