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LP2N Institut d’Optique d’Aquitaine 33400 TALENCE.
Using ultra cold atoms to build a controllable quantum system to simulate
- ther quantum systems.
Q UANTUM TRANSPORT OF ULTRA COLD 33400 TALENCE. ATOMS IN OPTICAL - - PowerPoint PPT Presentation
Q UANTUM TRANSPORT OF ULTRA COLD 33400 TALENCE. ATOMS IN OPTICAL - - PowerPoint PPT Presentation
LP2N Institut dOptique dAquitaine Q UANTUM TRANSPORT OF ULTRA COLD 33400 TALENCE. ATOMS IN OPTICAL DISORDER Philippe BOUYER Using ultra cold atoms to build a controllable quantum system to simulate other quantum systems. U LTRACOLD ATOMS
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ULTRACOLD ATOMS : QUANTUM GAZ AND MATTER WAVE
500 m/s 50 cm/s 1 cm/s
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MONITORING AND IMAGING ULTRACOLD ATOMS
❏ Cooled and trapped atoms can be directly observed with a camera
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MONITORING AND IMAGING ULTRACOLD ATOMS
❏ Cooled and trapped atoms can be directly observed with a camera ❏ Direct imaging of matter wave functions ❏ Accessible time scales (particle velocities of mm/s)
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MONITORING AND IMAGING ULTRACOLD ATOMS
P
❏ When imaging atoms after they
are ejected from the trap, we directly monitor the velocity and the velocity distribution (time of flight).
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QUANTUM TRANSPORT WITH ULTRACOLD ATOMS
We can simulate transport and conduction properties of electrons in a solid with atoms : lattice, disorder, gauge fields …
e
V I E
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QUANTUM TRANSPORT WITH ULTRACOLD ATOMS
We can simulate transport and conduction properties of electrons in a solid with atoms : lattice, disorder, gauge fields …
e
V I E
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QUANTUM TRANSPORT WITH ULTRACOLD ATOMS
We can simulate transport and conduction properties of electrons in a solid with atoms : lattice, disorder, gauge fields …
If mean free path smaller than de Broglie wavelength: constructive interference of trajectories returning to
- rigin: localized states: insulator
ANDERSON LOCALISATION
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ANDERSON LOCALIZATION
Billy, J. et al. Nature 453, 891-894 (2008).
Raizen ¡PRL ¡94
Studied ¡in ¡a ¡wide ¡variety ¡of ¡systems ¡
- Electronic ¡conduc6vity ¡
- Classical ¡waves ¡(since ¡90’) ¡ ¡
- Ultracold ¡atoms ¡(first ¡proposal ¡2003)
Texte
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DISORDER FOR ULTRACOLD ATOMS
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LASER SPECKLE : OPTICAL DISORDER
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LASER SPECKLE : OPTICAL DISORDER
Start with a low energy BEC (or ultra low temperature coud). Need to keep the atomic velocities low in all directions
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LASER SPECKLE : OPTICAL DISORDER
Need to compensate for gravity for long expansion time (1.5 mm/s in 17 ms)
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LASER SPECKLE : OPTICAL DISORDER
Ultra-cold atoms
87Rb BEC, T < 50 nK, E ≈ kHz
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MONITORING AND IMAGING ULTRACOLD ATOMS
P
❏ When imaging atoms after they
are ejected from the trap, we directly monitor the velocity and the velocity distribution (time of flight).
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WEAK LOCALIZATION FOR ULTRACOLD ATOMS
❏ A d d i n g a r b i t r a r i l y p l a c e d
- bstacles that will deflect the
atoms. P
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WEAK LOCALIZATION FOR ULTRACOLD ATOMS
❏ A d d i n g a r b i t r a r i l y p l a c e d
- bstacles that will deflect the
atoms. P
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WEAK LOCALIZATION FOR ULTRACOLD ATOMS
P
❏ The atoms will have a random
walk because of scattering
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WEAK LOCALIZATION FOR ULTRACOLD ATOMS
P
❏ We observe a transport phenomenon
mimicking conventional electrical conductivity (Drude model) Electrons Metall impurity
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WEAK LOCALIZATION FOR ULTRACOLD ATOMS
P
❏ We observe a transport phenomenon
mimicking conventional electrical conductivity (Drude model) Electrons Metall impurity
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WEAK LOCALIZATION FOR ULTRACOLD ATOMS
P
❏ O b s e r v a t i o n o f e n h a n c e d
retroreflection
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TRS INDUCED QUANTUM INTERFERENCES
❏ Observation of weak localisation induced by Time Reversal Symmetry of the
atomic paths : coherent back scattering
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COHERENT BACK SCATTERING OF MATTER WAVES
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
1 ms
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
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KILLING AND RECOVERING TIME REVERSAL SYMMETRY
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CONCLUSIONS
Observation of weak localisation Time resolved diffusion Time resolved CBS and weak localisation Observation of TRS with ultra cold atoms in disorder It is possible to “kill” and “recover” the time reversal symmetry by changing the atomic trajectories.
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Experiments performed in Palaiseau with A. Aspect, V.Josse, P.B.
- K. Muller, J. Richard, V. Volchkov, V. Denechaud
New teams : Cold atom in Bordeaux P.B., S. Bernon, A. Bertoldi,
- H. Vasquez, J. Zhang,
- C. Busquet
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Retro-reflected laser Nano-structured radiation
A ¡new ¡setup ¡ ¡for ¡new ¡regime ¡ in ¡2D ¡electron ¡gas ¡ ¡quantum ¡simulation
- ‑ ¡Atome-‑surface ¡interaction ¡
- ‑ ¡Casimir ¡Polder ¡with ¡nano-‑structured ¡surfaces ¡
- ‑ ¡New ¡geometry ¡for ¡the ¡potential ¡
¡
- ‑ ¡hexagonal ¡: ¡graphene ¡including ¡on ¡demand ¡impurities ¡
¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡
- ‑ ¡triangular ¡: ¡Spin ¡liquid ¡physics ¡
¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡
- ‑ ¡exotic ¡: ¡topological ¡insulators ¡ ¡
¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡
- ‑ ¡High ¡energy ¡physics ¡: ¡quantum ¡anti-‑ferromagnetism ¡
Nano structured potentials
- ‑ ¡From ¡graphene ¡to ¡a ¡topological ¡insulator ¡
Nature 483, 308 (2012)
Collaboration ¡: ¡J.Cayssol
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