Symmetry effects on localization in disordered quantum systems
Effets des symétries sur la localisation dans des systèmes quantiques désordonnés
Résumé
Contrary to the classical case, transport of a quantum particle in a disordered
medium is strongly affected by interference effects. For exemple, in dimension 1, classical
diffusion is initialy reduced by weak localization effects and, at long times, lead to the so
called Anderson localization phénomenon. In this thesis, we use the Kicked Rotor, paradigm
of quantum chaos, to study new physical aspects of disordered systems. We thus present the
first experimental observation with atomic matter wave of a phenomenon directly linked to
weak localization which is the Enhanced Return to the Origin. We show that this effect can
be used as a tool to measure accuratly the decoherence in the system. We present a novel,
outstandingly simple, experimental method to control symmetry properties of the Kicked
Rotor. This allows us to study a disordered system in presence of a non-trivial artificial
Aharonov-Bohm flux in a synthetic dimension. This gives us the opportunity to break the
time reversal symmetry and then to study the physics of Anderson localization in two different
symmetry classes : the orthogonal class and the unitary class. We have investigated the effect
of this symmetry breaking on physical properties of 1D disordered systems by looking two
signatures of quantum transport. We observe thus experimentally, for the first time, the
Coherent Forward Scattering effect, predicted recently and which represents a novel genuine
signature of Anderson localization. We show its distinctive signatures and a good agreement
with theoretical predictions. Finally, we realise the first experimental measurements of the
β(G) scaling function, characteristic of transport in disordered medium, in two symmetry
classes. furthermore, we demonstrate their universality confirming thus the one-parameter
scaling hypothesis.
Contrairement au cas classique, le transport d’une particule quantique dans un
milieu désordonné est fortement affecté par des effets d’interférences. Par exemple, en dimension
1, la diffusion classique est réduite initialement par des effets de localisation faible jusqu’à
s’annuler totalement aux temps longs, ce qui représente le célèbre phénomène de localisation
d’Anderson. Dans cette thèse, nous utilisons le Kicked Rotor, paradigme du chaos quantique,
pour étudier certains aspects nouveaux de la physique des systèmes désordonnés. Nous apportons
ainsi la première observation expérimentale, avec des ondes de matière atomique, d’un
phénomène lié à la localisation faible qui est l’augmentation de la probabilité de retour à
l’origine. Nous montrons également que ce phénomène peut être utilisé comme outil précis de
diagnostic de la décohérence dans le système. Nous présentons une nouvelle méthode expérimentale,
remarquablement simple, pour contrôler les propriétés de symétries du Kicked Rotor.
Cela nous permet de créer un système désordonné dans lequel il existe un flux Aharonov-Bohm
artificiel non trivial dans une dimension synthétique. Cela nous offre l’opportunité de briser
la symétrie par renversement du temps et d’étudier la physique de la localisation d’Anderson
dans deux classes d’universalité différentes : la classe orthogonale et la classe unitaire. Nous
avons exploré l’effet de cette brisure de symétrie sur les propriétés physiques des systèmes
désordonnés 1D en regardant deux signatures du transport quantique.Nous observons ainsi
pour la première fois expérimentalement, l’effet de Coherent Forward Scattering, récemment
prédit, qui constitue un nouveau marqueur interférentiel de la localisation d’Anderson. Nous
mettons en évidence ses signatures caractéristiques et nous trouvons qu’elles sont en très bon
accord avec les prédictions théoriques. Enfin, nous réalisons les premières mesures expérimentales
des fonctions d’échelle β(G), caractéristiques du transport dans les milieux désordonnés,
dans les deux classes de symétrie. Nous démontrons également leur universalité validant ainsi
l’hypothèse de la loi d’échelle à un paramètre.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)