Phénomènes Critiques en 2D Atome par Atome – 2D-CritiQ

Ce projet expérimental porte sur les transitions de phase en 2D et les phénomènes critiques au niveau microscopique. Nous visons à étudier l'émergence de corrélations et de propriétés critiques près des transitions de phase, au niveau d'atomes individuels. Cela est rendu possible par les développements récents dans les expériences d’hélium métastable ultra-froid, au cœur de ce projet.

Les transitions de phase se caractérisent par de grandes fluctuations et des lois d’échelle algébriques de quantités thermodynamiques avec des exposants critiques. Bien que largement étudiées en physique du solide à l’aide de sondes globales (les corrélations densité-densité), peu d’études ont utilisé des atomes froids, qui offrent une grande flexibilité et la capacité remarquable d'étudier les propriétés critiques avec la résolution d’un seul atome—une plateforme idéale pour tester notre compréhension microscopique des systèmes fortement corrélés.

Nous proposons d’étudier les phénomènes critiques et les lois d’échelle près de transitions de phase avec une résolution à l’atome individuel. Nous nous concentrerons sur des transitions paradigmatiques du gaz de Bose en 2D : la transition de Berezinski-Kosterlitz-Thouless (BKT) dans les gaz "bulk" et la transition de Mott pour les gaz sur réseau en interaction. Le projet implique des modifications substantielles de la plateforme existante afin de préparer des systèmes homogènes en 2D pour atteindre les objectifs suivants :
1. Mesurer la longueur de cohérence et le contact à deux corps au cours de la transition BKT dans les gaz homogènes 2D.
2. Explorer l’émergence des corrélations non-gaussiennes dans les bosons de réseau en 2D.
3. Étudier le régime critique quantique de la transition de Mott.
Ce projet tire parti de la capacité unique des atomes d'He* à mesurer les distributions d'impulsion atome par atome, et apportera des perspectives cruciales sur les mécanismes microscopiques en jeu dans les transitions de phase de systèmes corrélés.