Gaz de Bose en dimension deux: modes collectifs, superfluidité et piège annulaire

Camilla De Rossi

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Les gaz atomiques dégénérés représentent des systèmes modèles pour étudier la superfluidité. Ils offrent la possibilité d'explorer la physique en dimensions restreintes, profondément différente par rapport au cas tridimensionnel.
Nous disposons d'un gaz de Bose bidimensionnel dégénéré confiné dans un potentiel très anisotrope et dont on peut changer la géométrie dynamiquement. Une déformation contrôlée du piège permet d'exciter les modes collectifs du gaz. Nous avons fait d'abord une analyse en composantes principales du gaz, et nous avons montré que ces dernières coïncident avec les modes de Bogoliubov. Nous avons ensuite effectué une étude détaillée du mode ciseaux, dont nous nous servons pour sonder le caractère superfluide du gaz, en développant une nouvelle technique d'analyse, appelée "analyse de la moyenne locale". Enfin nous avons réalisé un piège en anneau, obtenu à l'intersection d'un piège en forme de bulle et du potentiel optique d'un faisceau qui présente un nœud d'intensité au centre, la "double nappe", et nous proposons différents protocoles de mise en rotation des atomes dans l'anneau.

Mots clefs :

Gaz bidimensionnel ; Modes collectifs ; Condensat de Bose-Einstein ; Superfluidité ; Transition de Berezinskii-Kosterliz-Thouless ; Piège annulaire ; SLM ; Potentiels adiabatiques

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The two-dimensional Bose gas: collective modes, superfluidity and ring trap

Degenerate atomic gases can be a versatile tool to study superfluidity. They also offer the possibility to explore the low-dimensions physics, which is deeply different from the three dimensional case.
We prepare a degenerate Bose gas in a very anisotropic trap, dynamically adjustable. A controlled deformation of the trapping potential can excite the collective modes of the trapped cloud. First we perform a "principal components analysis" of the gas and we show that the principal components coincide with the Bogoliubov modes. We then restrain our analysis on the scissors mode, which we use to probe superfluidity of the sample, by introducing a new analysis technique, called "local average analysis". Finally I will report on the realization of a ring trap, obtained by superposing a double sheet light beam to a bubble trap, and describe the different possibilities we planned to set atoms into rotation.

Keywords: Two dimensional gas; Collective modes; Bose-Einstein condensate; Superfluidity; Berezinskii-Kosterliz-Thouless transition; Ring trap; SLM; Adiabatic potentials

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