Les gaz quantiques atomiques constituent un outil de choix pour étudier la physique à N corps grâce à leurs nombreux paramètres de contrôle. Ils offrent la possibilité d’explorer la physique en basse dimension, modifiée par rapport au cas à trois dimensions (3D) à cause du rôle accru des fluctuations. Dans ce travail, nous étudions le gaz de Bose à deux dimensions (2D) avec un confinement original dans le plan atomique, uniforme et de motif arbitraire. Ces gaz 2D et uniformes, développés sur un montage existant, ont été installés sur un nouveau montage grâce à des potentiels optiques polyvalents.
Nous présentons une série d’expériences exploitant cette géométrie flexible. D’abord, nous étudions le comportement statique et dynamique d’un gaz uniforme lors de la transition d’un état 3D normal vers un état 2D superfluide. Nous observons l’établissement de la cohérence de phase dans un gaz à l’équilibre puis nous montrons l’apparition après une trempe de défauts topologiques dont le nombre est comparé à la prédiction de Kibble-Zurek. Ensuite, nous étudions grâce au nouveau montage les effets collectifs dans l’interaction lumière-matière, où les propriétés de résonance d’un nuage d’atomes dense sont fortement modifiées par rapport à celles d’un atome unique.
Enfin, nous proposons deux protocoles pour le nouveau montage. Le premier permet d’évaporer de manière uniforme un gaz 2D grâce au réseau incliné du confinement à 2D. Le second propose de produire des supercourants de manière déterministe dans des pièges en anneaux, soit par condensation dans un champ de jauge, soit en réalisant une pompe à vortex topologique.
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Le département de physique
Le Laboratoire de Physique de l’ENS 