Thèse Explorer la Physique du Modèle de Hubbard avec de l'Hélium-3 Métastable H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : Laboratoire Charles Fabry Direction de la thèse : David CLEMENT ORCID 0000000314510610 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 L'objectif final de cette thèse, essentiellement expérimentale, est l'étude des corrélations d'impulsion dans l'hamiltonien de Fermi-Hubbard. L'hamiltonien de Fermi-Hubbard décrit un ensemble de fermions en interaction se déplaçant dans une structure cristalline. La mise en oeuvre de cet hamiltonien ouvre la perspective d'une étude expérimentale du diagramme de phase, qui reste difficile à théoriser, comme démontré par des expériences pionnières menées dans ce sens au cours de la dernière décennie.
La motivation principale de cette thèse est de construire une nouvelle plateforme qui permettrait de mesurer les corrélations d'impulsion, inaccessibles aux expériences actuelles. Les mesures des corrélations atomiques sont au coeur des travaux de l'équipe « Réseau d'hélium » du laboratoire Charles Fabry, qui exploite les propriétés des atomes d'hélium métastables. L'équipe a récemment observé une mer de Fermi dégénérée avec l'isotope fermionique hélium 3.
Le premier objectif de la thèse est d'abaisser la température de la mer de Fermi et d'étudier les corrélations d'impulsion dans une mer de Fermi polarisée. Le contraste des fonctions de corrélation nécessaire à une telle étude a récemment été démontré par l'équipe hôte avec l'isotope bosonique. Le deuxième objectif de la thèse est d'étudier la stabilité des mélanges d'états de spin dans un réseau optique, en recherchant une configuration dans laquelle les pertes inélastiques de Penning peuvent être négligées. Enfin, le dernier objectif est la mise en oeuvre du modèle de Fermi-Hubbard avec l'hélium 3 à partir du chargement de fermions dans un réseau optique.
L'étude expérimentale du diagramme de phase du modèle de Fermi-Hubbard avec une expérience d'atomes froids est très complexe d'un point de vue technique mais enthousiasmante d'un point de vue scientifique. L'objectif à long terme de cette démarche est de mieux comprendre les aspects microscopiques de certaines phases de fermions fortement corrélés. Ces phases - supraconductrice, métal étrange, pseudo-gap - sont considérées comme analogues à celles observées dans certains solides et qui demeurent peu comprises. Plus spécifiquement, la contribution de cette thèse consistera à permettre, pour la première fois, l'étude des corrélations en impulsion dans le modèle Fermi-Hubbard atomique. Mesure de corrélation en impulsion dans un gaz fermionique polarisé
Etude du chargement de fermions dans un réseau optique
Réalisation du modèle de Fermi-Hubbard
Mesure de corrélations en impulsion de fermions sur réseau