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Le rotateur frappé: Rapport avec la localisation d’Anderson et réalisation expérimentale Équipe Chaos Quantique 1 Groupe de travail NLSE-CEMPI 10/9/2012 Matthias Lopez Benoît Vermersch Radu Chicireanu J.F. Clément Véronique Zehnlé Pascal Szriftgiser JCG Dominique Delande Nicolas Cherroet Gabriel Lemarié PhLAM LKB LPT

Le rotateur frappé: Rapport avec la localisation d’Anderson et réalisation expérimentale

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PhLAM. LKB. LPT. Dominique Delande Nicolas Cherroet. Matthias Lopez Benoît Vermersch Radu Chicireanu J.F. Clément Véronique Zehnlé Pascal Szriftgiser JCG. Gabriel Lemarié. Équipe Chaos Quantique. - PowerPoint PPT Presentation

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Dynamiques chaotiques : classique x quantique, discret x continu

Le rotateur frapp: Rapport avec la localisation dAnderson et ralisation exprimentale

quipe Chaos Quantique

1

Groupe de travail NLSE-CEMPI

10/9/2012

Matthias Lopez

Benot Vermersch

Radu Chicireanu

J.F. Clment

Vronique Zehnl

Pascal Szriftgiser

JCG

Dominique Delande

Nicolas Cherroet

Gabriel Lemari

PhLAM

LKB

LPT

1

Le modle dAnderson

2

/34

Liaisons fortes (tight-binding)

Alatoire:

Modle dAnderson

2

Quantum dynamics in (perfect) lattices

3

Perfect crystal: Delocalized Bloch waves diffusive dynamics

Conducteur

/34

Ordered crystal

Cliquer sur la figure pour voir lanimation

3

Quantum dynamics in disordered lattices

4

Disordered crystal

Insulator

/34

Disordered crystal: Localized states (3D: mobility edge)

Cliquer sur la figure pour voir lanimation

4

Simple picture of Anderson dynamics

5

/34

Nombre de sites visits ~

Localisation

Diffusion

Temps de tunneling

Temps de sjour

5

Impact of the Anderson model

6

/34

5300 citations

Increase of computer power

End of citing life

Cold-atom experiments

One-parameter scaling

6

Impact of the Anderson model

7

/34

S. Redner arXiv:physics/0407137

7

Consequences and limitations

8

1D : Exponential localization of the eigenfunctions

Suppression of the diffusion Insulator

3D Mobility edge Metal-insulator transition

One-particle model No particle interactions

Zero-temperature

Oversimplified description of a crystal lattice

Limitations of the Anderson model

/34

Consequences of the Anderson model

8

Transition dAnderson pour les nuls

9

/34

9

9

Transition dAnderson pour les nuls

10

/34

10

L

Insulator

Insulator

10

La transition dAnderson pour les nuls

11

/34

L

L

L

Conductor

Insulator

11

La transition dAnderson pour les nuls

12

/34

2D

4D

5D

Insulator

Conductor

1D

3D

12

Experiments in condensed-matter and ultracold atoms

13

Condensed matter

Decoherence (ill-defined quantum phases)

No access to the wave function

Electron-electron coulombian interactions

/34

Ultracold atoms

Control of decoherence

Access to probability distributions (and even the full wavefunction)

Control of interactions (Feschbach resonance)

13

Experiments with ultracold atoms

14

3D: S. S. Kondov et al., Three-Dimensional Anderson Localization of Ultracold Fermionic Matter, Science 334, 66 (2011)

1D: J. Billy et al., Direct observation of Anderson localization of matter-waves in a controlled disorder, Nature 453, 891 (2008)

3D : F. Jendrzejewski et al., Three-dimensional localization of ultracold atoms in an optical disordered potential, Nature Physics 8, 398 (2012)

/34

14

Le rotateur frapp

15

/34

15

Mouvement libre

J

q

q

J+DJ

Frappe (kick)

15

Le rotateur frapp dpli

16

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16

Mouvement libre

p

Frappe (kick)

p+Dp

16

Comment faire cela avec des atomes froids?

17

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17

17

Potentiel optique

Cliquer sur la figure pour voir lanimation

17

Comment faire cela avec des atomes froids?

18

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18

18

Acousto-optical modulator

Cold-atom cloud

Mirror

F. L. Moore et al., Atom optics realization of the quantum d-kicked rotator, Phys. Rev. Lett. 75, 4598 (1995)

18

Problme

19

/34

19

19

Limite la dure de la manip quelques ms

19

Solution

20

/34

20

20

Ce nest pas un rotateur frapp

(kicked accelerator)

20

Mesurer la vitesse des atomes

21

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21

21

Mesure directe de la norme de Sobolev 2,1

21

Le rotateur frapp simule le modle dAnderson 1D

22

/34

22

S. Fishman et al., Chaos, quantum recurrences, and Anderson localization, PRL 49, 509 (1982)

22

Anderson

Kicked rotor

Time periodicity: Floquet analysis

22

Le rotateur frapp simule le modle dAnderson 1D

23

/34

23

S. Fishman et al., Chaos, quantum recurrences, and Anderson localization, PRL 49, 509 (1982)

23

Each Floquet state is a realization of the fixed disorder ~ W = cte

Pseudo disorder

Random

Eq. (1)

23

Comment simuler le modle dAnderson 3D ?

24

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24

24

g

24

Rotateur frapp quasi-priodique

25

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G. Casati et al., Anderson transition in a one-dimensional system with three incommensurate frequencies, PRL 62, 345 (1989)

25

irrational

H3F NOT periodic: NO Floquet states

NO Fishman-Grempel-Prangue equivalence

25

Rotateur frapp quasi-priodique

26

/34

26

26

Good news: H3D is periodic in time : Floquet analysis

Apply Fishman-Grempel-Prangue trick all over again

H3D is equivalent to a 3D Anderson model

26

H3D et H3F sont-ils quivalents ?

27

/34

27

27

The underlying unit of nature: different systems described by the same equations

Feynman Lectures in Physics, vol.2 ch. 12

27

La transition dAnderson (enfin!)

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28

28

Localized

Critical

Diffusive

e

K

4

9

0.1

0.8

Metal

Insulator

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Caractrise

29

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29

29

29

29

Caractrise

30

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30

30

30

30

Fonction donde critique

31

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31

31

31

31

31

Fonction donde critique

32

/34

32

32

32

32

32

Universalit

33

/34

33

33

33

33

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La suite

34

/34

34

34

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Utiliser un condensat de Bose-Einstein

Atomes individuels Onde de matire collective

Mcanique quantique non linaire !

34

-2

-1

0

1

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0

5

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5

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0

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r

ln

L

d

R

d

ln

ln

=

a

na

x

=