Thèse Dynamique de Spin de Ferrmions Quasi-Unidimensionnels H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Ecole normale supérieure - PSL École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure Direction de la thèse : Frédéric CHEVY ORCID 0000000212398373 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Ce projet de thèse vise à caractériser expérimentalement le transport de spin à travers la transition BEC-BCS au sein d'un gaz de Fermi unidimensionnel d'atomes de K. Les objectifs clés sont les suivants :
- Objectif 1 - Cartographie de la diffusion de spin : Mesurer les coefficients de diffusion de spin en fonction de l'intensité des interactions sur l'ensemble de la transition BEC-BCS, du régime fermionique faiblement répulsif jusqu'au régime moléculaire.
- Objectif 2 - Séparation spin-charge : Résoudre directement les vitesses de propagation du spin et de la charge suite à une perturbation impulsionnelle (quench) créant un déséquilibre local de spin, offrant ainsi un accès quantitatif aux paramètres de Luttinger K et K.
- Objectif 3 - Universalité KPZ et diffusion anomale : Rechercher des signatures d'un transport de spin superdiffusif - tel que prédit par la théorie KPZ - en analysant l'évolution temporelle de l'échelle des profils de densité de spin.
L'originalité de ce projet repose sur trois aspects : (i) le K présente une longueur de diffusion de fond négative ainsi que des résonances de Feshbach aisément accessibles, ce qui en fait un système idéal pour l'étude de la physique des résonances induites par confinement en 1D ; (ii) l'installation LPENS permet d'effectuer des mesures sur un tube unique, évitant ainsi la nécessité d'une déconvolution - souvent mal maîtrisée - des images acquises par visée directe ; (iii) l'étude du lien entre le transport de spin et la transition BEC-BCS en 1D constitue un problème expérimental véritablement ouvert, porteur d'implications théoriques directes concernant l'intégrabilité de Yang-Gaudin et la rupture de celle-ci. The TLL framework predicts power-law correlations and a rich phenomenology of spin transport. In the spin sector, for instance the spin-1/2 Heisenberg chain is known to exhibit anomalous superdiffusion described by Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) universality. This prediction has been partially accessed in solid-state systems, but a direct, quantitative experimental test in a well-controlled fermionic system, or a proof of its validity for itinerant systems are still lacking.
In the ultracold gas community, landmark experiments have demonstrated fermionization of bosons (Tonks-Girardeau regime), power-law momentum distributions in 1D Bose gases, and signatures of spin-charge separation in few-body systems. For fermionic systems, the strongly interacting 1D regime-the Yang-Gaudin model-has been realized with Li but quantitative transport studies remain scarce. Crucially, the BEC-BCS crossover in 1D is a largely unexplored territory: as interactions are tuned from weak repulsion to strong attraction, the system interpolates between a TLL of fermions and a TLL of composite bosons (molecules), with a predicted change in the Luttinger parameter K and in the spin gap. This crossover governs the spin transport properties in a non-trivial way that has never been experimentally mapped out.