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Collège de France
Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2023-2024
Séminaire - Guido Pupillo : Semilocalization of Disordered Spins in Cavity QED
Guido Pupillo
Université de Strasbourg et Centre Européen de Sciences Quantiques, ISIS (U. Strasbourg et CNRS)
Résumé
Light-matter interactions are playing an increasingly crucial role in the understanding and engineering of new states of matter with relevance to the fields of quantum optics, solid state physics, chemistry and materials science. Experiments have shown that significant modifications of material properties and transport can occur in a cavity in the regime of collective strong light-matter coupling even without external irradiation—"in the dark". In this colloquium-style talk we focus on disorder—a key feature of many materials—, in particular on general models for disordered spins coupled to the photon field of a cavity. We show that collective light matter interactions can dramatically alter the many-particle spin wavefunctions even in the limit of vanishingly small photon numbers: Subtle, permanent changes in the wavefunctions result from the combined effects of vacuum hybridization and long-range cavity-mediated couplings between the spins. A surprising, general, result is the realization of "semilocalization", a famous and elusive effect in quantum physics, usually associated to critical states of Anderson-like transitions. We discuss implications for energy transport and novel quantum phases mediated by long-range couplings in molecular physics and quantum optical systems.
Guido Pupillo
Guido Pupillo is Distinguished Professor at the University of Strasbourg and Director of the Centre Européen de Sciences Quantiques (CESQ) at the Institut de Science et d'Ingénierie Supramoléculaires (ISIS) of the University of Strasbourg and CNRS, where he is involved in the development of teaching and research programs in quantum science and technology. He obtained a Master in Theoretical Physics at the University of Bologna (IT) and a PhD in Physics in 2005 at the University of Maryland for research conducted at the National Institute of Standards and Technology (US). Until 2011 he was scientist and then senior scientist at the University of Innsbruck and the Austrian Academy of Sciences (AT), where he obtained the Habilitation in Theoretical Physics. Since 2012 he is full professor at the University of Strasbourg. He is recipient of several fellowships and awards, including the 2012 ERC Starting Grant, the 2013 Guy Ourisson Prize and the 2019 senior fellowship of the Institut Universitaire de France (IUF). His research interests are in atomic, molecular, and optical physics, quantum simulations and quantum computing.
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Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2023-2024
Séminaire - Daniel Suchet : Énergie solaire photovoltaïque : jouer avec la lumière et la matière
Daniel Suchet
département de Physique de l'Ecole polytechnique et Institut du Photovoltaïque d'Ile de France
Résumé
Découvert par Edmond Becquerel en 1839, l'effet photovoltaïque permet de transformer la lumière du Soleil en puissance électrique. Les progrès spectaculaires du domaine ont fait des cellules solaires des emblèmes de la transition énergétique. Cependant, bien que ces objets soient devenus familiers, ils peuvent encore offrir aux physiciens des surprises que ce séminaire propose d'introduire.
Je commencerai par une approche thermodynamique de la conversion du rayonnement par la matière pour établir les grands ordres de grandeur du domaine (limite de Shockley-Queisser). Je présenterai ensuite la situation réciproque – l'émission de lumière par la cellule – en soulignant son importance à la fois pour la compréhension fondamentale des dispositifs (loi de Planck généralisée) et pour la caractérisation optique des propriétés photovoltaïques (photo- et electro-luminescence).
Daniel Suchet
Daniel Suchet est enseignant chercheur au département de Physique de l'École polytechnique et à l'Institut du Photovoltaïque d'Ile de France (IPVF). Après une thèse en physique des atomes froids (LKB), il s'intéresse aux concepts photovoltaïques à haut rendement. Il a récemment publié L'énergie solaire photovoltaïque dans la collection « Une introduction à… » chez EDP Sciences.
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Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2023-2024
Séminaire - Patrizia Vignolo : L'effet boomerang quantique
Patrizia Vignolo
Institut de Physique de Nice, Université Côte d'Azur et CNRS
Résumé
Un paquet d'ondes lancé dans un potentiel aléatoire, en régime de localisation forte (localisation d'Anderson), s'éloigne d'abord de sa position d'origine, puis y revient et s'y arrête. Ce phénomène, découvert par Dominique Delande et ses collaborateurs, a été appelé effet boomerang quantique. Nous avons montré qu'un tel effet persiste dans les modèles à potentiels pseudo-aléatoires et est également présent dans le rotateur frappé. C'est précisément dans le contexte du rotateur frappé qu'il a été récemment possible d'observer cet effet dans une expérience menée à Santa Barbara par le groupe de David Weld. Nous avons montré, théoriquement et expérimentalement, qu'il est possible de contrôler l'état final du paquet d'ondes en brisant la symétrie d'inversion temporelle du système.
Patrizia Vignolo
Professeure à l'Institut de Physique de Nice (Université Côte d'Azur et CNRS). Membre senior de l'IUF (lauréat 2022).
Parcours
Études à Pise et à Orsay (thèse de laurea expérimentale à l'Institut d'Optique sous la direction d'Alain Aspect en 1994)
Doctorat en physique à l'Université de Pise en 1999 (étude théorique sur les polymères conducteurs, sous la direction de Giuseppe Grosso)
2000-2006 : Postdoc (2000-2002) et chercheure CDD (2002-2006) dans le groupe de Mario Tosi à la Scuola Normale de Pisa (théorie des gaz quantiques ultrafroids)
2007-aujourd'hui : Professeure à l'Université Côte d'Azur
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Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2023-2024
Séminaire - Rudolf Grimm : Ultracold Fermion Mixtures with Tunable Interactions: Polarons and the Quest for Novel Superfluids
Rudolf Grimm
University of Innsbruck and IQOQI, Austrian Academy of Sciences, Autriche
Résumé
The possibility to tune interatomic interactions by means of magnetically controlled Feshbach resonances has opened up unprecedented opportunities for experiments concerning the intriguing many-body physics of ultracold matter in the strongly interacting regime. After a brief general introduction, I will report on two main research lines pursued in our laboratories based on fermionic quantum mixtures with tunable interactions.
(1) A Fermi sea of Li-6 atoms is doped with impurity atoms of fermionic K-40 or bosonic K-41 atoms, which under strong interactions form quasiparticles. We explore the various properties of these "Fermi polarons" by means of radio-frequency spectroscopy. In our most recent experiments [1], we have observed mediated interactions between the polarons, with the surprising finding that the sign of the interaction depends on the quantum statistics of the impurity atoms.
(2) In a Fermi-Fermi mixture of Dy-161 and K-40, we are proceeding towards the creation of novel imbalanced fermion superfluids. After exploring the complex spectrum of Feshbach resonances, we have studied the spectrum of collective modes in the deep hydrodynamic regime and we have demonstrated the magneto-association of ultracold bosonic molecules under conditions near quantum degeneracy [2].
[1] C. Baroni, I. Fritsche, E. Dobler, G. Anich, E. Kirilov, R. Grimm, M. A. Bastarrachea-Magnani,
P. Massignan, G. Bruun, Nat. Phys. (2023).
[2] E. Soave, A. Canali, Z.-X. Ye, M. Kreyer, E. Kirilov, R. Grimm, Phys. Rev. Research 5, 033117 (2023).
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Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2023-2024
Séminaire - Cheng Chin : Bose Enhanced Chemical Reactions in Atom-Molecule Bose-Einstein Condensates
Cheng Chin
James Franck institute, Enrico Fermi institute, Department of Physics, University of Chicago, USA
Résumé
Are chemical reactions described by new principles when atoms and molecules are cooled to the ground state? In this talk, I will describe the observation of coherent reactions between Bose condensed atoms and molecules at 10 nano-Kelvins.
Cheng Chin
Cheng Chin obtained his Ph.D. in Physics from Stanford University and has been a professor in Physics at the University of Chicago since 2005. He won the APS I.I. Rabi Prize (2011) and the Bose-Einstein Condensation Award (2017). His research covers Laser cooling and trapping, Bose-Einstein condensation and degenerate Fermi gas, Feshbach resonance, quantum simulation and quantum control.
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Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2023-2024
Séminaire - Nathalie Picqué : Frequency Comb Interferometry
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Collège de France
Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2022-2023
Forces à longue portée dans les gaz quantiques : le problème à trois corps et l'effet Efimov
Séminaire - Alain Aspect : Des doutes d'Einstein aux inégalités de Bell et aux technologies quantiques : la deuxième révolution quantique
Alain Aspect, Prix Nobel de physique 2022 et ancien membre du laboratoire de physique du Collège de France, Institut d'optique - Université Paris-Saclay
La première révolution quantique a permis, grâce au concept mystérieux de dualité onde corpuscule, de décrire la structure de la matière, ses propriétés électriques, mécaniques et optiques, et son interaction avec la lumière. Elle a ensuite fourni les technologies – transistor, laser, circuits intégrés – qui ont conduit à la société de l'information et de la communication.
La seconde révolution quantique, basée sur la notion d'intrication, est encore plus surprenante sur le plan conceptuel puisqu'elle nous force à rejeter la vision réaliste locale du monde chère à Einstein, comme l'a montré la violation des inégalités de Bell. Elle ouvre aussi des perspectives fascinantes d'applications, avec des technologies en émergence qui vont des capteurs quantiques aux communications et aux ordinateurs quantiques. Ces technologies provoqueront-elles un nouveau bouleversement de la société ? On pourrait alors vraiment parler de seconde révolution quantique.
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Jean Dalibard
Chaire Atomes et Rayonnement
Année 2022-2023
Forces à longue portée dans les gaz quantiques : le problème à trois corps et l'effet Efimov
Séminaire - Michael Fleischhauer : To Thermalize or Not? Slow Particle Diffusion in Many-Body Localization
Michael Fleischhauer, University of Kaiserslautern-Landau, Allemagne
Experience tells us that thermodynamics is universal: everything will approach equilibrium if we wait long enough. This is believed to be true also for isolated quantum systems, where all local properties will eventually mimic thermal equilibrium at least for generic interacting many-body systems. Thus no such system should be able to avoid thermalization. In 2006 Basko et al. argued to the contrary and described a phenomenon now known as Many-Body Localization (MBL). They showed that interacting particles in highly disordered one-dimensional lattices localize in space, thus withstanding thermalization. MBL is not only interesting for fundamental reasons but could also provide a new approach for robust memories of quantum information. In the following years a lot of research established the physical picture of MBL as that of an emergent integrability. Here local constants of motion constrain the dynamics after a quantum quench leading to the characteristic features of MBL such as a logarithmic growth in time of the entanglement entropy between partitions and the absence of particle transport. In the talk I will report about numerical evidence and analytical work during the last few years which question this picture of the MBL phase. In particular we found evidence that the particles show a very slow sub-diffusive transport, meaning that the system does thermalize eventually.
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