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La transition d’Anderson résiste aux interactions, mais change de nature

9 juillet 2014

PhLAM - UMR 8523 , LKB - UMR 8552 , Désordre , transition d’Anderson , onde quantique

En analysant l’effet du désordre sur la propagation d’une onde de matière d’atomes ultrafroids en interaction, des physiciens viennent de prédire un nouveau type de transition de phase. Pour un faible désordre, la diffusion des atomes n’est que faiblement affectée tandis qu’à partir d’un seuil critique la diffusion est très fortement ralentie.

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Comme l’avait prédit le physicien P. Anderson il y a plus de cinquante ans, un milieu désordonné peut stopper la propagation d’une onde. C’est notamment le cas lorsque l’onde quantique d’un condensat de Bose-Einstein d’atomes ultrafroids se propage dans le paysage aléatoire formé par des interférences lumineuses. Après avoir observé et analysé ce phénomène, les physiciens cherchent maintenant à déterminer comment il est affecté par les interactions inévitables entre les divers atomes du condensat. Pour un système unidimensionnel, alors qu’un désordre même infime stoppe toute propagation, les collisions entre particules détruisent cet effet de localisation et rétablissent un comportement de diffusion qui reste toutefois bien plus lente qu’en absence d’interactions. Qu’en est-il à trois dimensions, où l’on n’observe aucune localisation à faible désordre et une transition nette vers un état localisé pour un seuil critique de désordre  ? Des physiciens du Laboratoire Kastler Brossel - LKB (CNRS / UPMC / ENS / Collège de France) et du Laboratoire de physique des lasers, atomes et molécules - PhLAM (CNRS / Univ. Lille 1), viennent de montrer que sous l’effet des collisions la transition de phase reste présente, mais change de nature. Dès que les atomes interagissent, même très faiblement, les chercheurs prédisent une transition d’un nouveau type entre une diffusion standard pour un faible désordre et un état « sous diffusif » de diffusion très ralentie. Les résultats expérimentaux récents suggèrent que l’observation de cet effet est à la portée des expériences menées actuellement avec des atomes froids. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

En l’absence d’interaction, la localisation prédite par Anderson provient des interférences destructives entre les multiples déviations de l’onde par le milieu désordonné. Les collisions entre les atomes qui composent l’onde d’un condensat sont susceptibles de brouiller ces interférences et de détruire la localisation. Pour évaluer précisément ce qu’il en est, les physiciens ont étudié l’évolution d’une collection d’atomes froids, interagissant faiblement et placés dans un potentiel désordonné. Ils ont intégré l’effet de brouillage des interférences dues aux interactions à la théorie autocohérente de la localisation, qui est une des théories microscopiques approchées de la localisation d’Anderson. Ils ont démontré que malgré les interactions, il existait toujours une valeur critique du désordre séparant deux phases distinctes. Ces résultats analytiques sur l’existence et la nature de la transition prédite ont été ensuite confirmés par des simulations numériques. L’un des points délicats de ce travail était de réussir à faire évoluer le système pour atteindre le régime asymptotique des temps longs. Ce travail ouvre aussi de nouvelles pistes pour l’étude des effets croisés entre désordre et interaction, pour de nouveaux systèmes tels que des ondes lumineuses ou acoustiques dans des régimes où la propagation devient non linéaire.

En savoir plus

How Nonlinear Interactions Challenge the Three-Dimensional Anderson Transition
N. Cherroret1, B. Vermersch2, J. C. Garreau2 et D. Delande1, Physical Review Letters (2014)

  • Retrouvez la publication sur les bases d’archives ouvertes HAL et arXiv

Contact chercheur

Nicolas Cherroret, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires

1 Laboratoire Kastler Brossel (LKB)

2 Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr