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Résumé : Sous un faible champ magnétique, un supraconducteur est parfaitement diamagnétique, i.e. le champ est expulsé complètement. À l'opposé, un fort champ supprime la supraconductivité. Entre ces deux extrêmes, un supraconducteur peut adopter l'état mixte dans lequel il laisse partiellement pénétrer le champ sous la forme de lignes de flux quantifié et emprisonné au centre de vortex de courant. Dans la supraconductivité multibande, le potentiel d'appariement varie significativement selon les parties disjointes de la surface de Fermi, et donne naissance à plusieurs valeurs de gap dans le spectre d'excitation. La réponse magnétique de cette catégorie de supraconducteur peut être décrite par une théorie de Ginzburg-Landau possédant un paramètre d'ordre à plusieurs composantes, liées par un couplage interbande de type Josephson. Le degré de liberté supplémentaire, correspondant à la possibilité pour les composantes de varier différemment, engendre des propriétés inhabituelles. Nous prédisons par exemple que dans un système mésoscopique, les effets de bord sont suffisamment importants pour favoriser énergétiquement un paramètre d'ordre dont les composantes possèdent des vorticités différentes [1]. Cet état viole alors la propriété de quantification du flux magnétique lié aux vortex [2]. Un second exemple est la réponse magnétique d'un supraconducteur multibande massif ne correspondant pas à la dichotomie habituelle entre type 1 et type 2. Dans ce régime (appelé de "type 1.5" et observé dans MgB₂. [3]) les vortex sont stables (contrairement au type 1) mais s'agglutinent en clusters et ne forment pas de réseau (contrairement au type 2). Nous prédisons que ce régime peut alterner avec les régimes de type 1 et de type 2 selon la température. De plus les clusters de vortex peuvent présenter des structures exotiques, comme des vortex géants ou des anneaux de vortex, en l'absence de mécanisme de confinement extrinsèque [4].

[1] L.F. Chibotaru, V.H Dao, and A. Ceulemans, EPL 78, 47001 (2007)
[2] L.F. Chibotaru and V.H. Dao, Phys. Rev. B 81, 020502(R) (2010).
[3] V.V. Moshchalkov, M. Menghini, T. Nishio, Q.H. Chen, A.V. Silhanek, V.H. Dao, L.F. Chibotaru, N.D. Zhigadlo, and J. Karpinski, Phys. Rev. Lett. 102, 117001 (2009).
[4] V.H. Dao, L.F. Chibotaru, T. Nishio, and V.V Moshchalkov, arXiv:1007.1849.

Liens :[Vu Hung Dao][CPMOH, Bordeaux]

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Résumé : We study the emergence of several magnetic phases in dipolar bosonic gases subject to three-body loss mechanism employing numerical simulations based on the density matrix renormalization group(DMRG) algorithm. After mapping the original Hamiltonian in spin language, we find a strong parallelism between the bosonic theory and the spin-1 Heisenberg model with single ion anisotropy and long-range interactions. A rich phase diagram, including ferromagnetic, antiferromagnetic and non-local ordered phases, emerges in the half-filled one-dimensional case, and is preserved even in presence of a trapping potential.

Liens :[Mario di Dio][INFN, Bologna]

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Liens :[Zhao Wang][LITEN, CEA Grenoble]

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Résumé : Geometric quantum computing is a branch is of quantum computation in which the manipulation of quantum states is performed by means of geometric phases (Berry and Wilczek-Zee phases). Its main advantage is the robustness against undesired fluctuations of the experimental control field. Still, no successful experiments have been realized so far due to the difficulty in protecting the system from the interaction with the environment. After presenting the key ideas of geometric quantum computing, and the problems in its experimental realization, I will discuss from a theoretical point of view the proposal of a new implementation based on superconducting circuits. The main advantage of the proposed set-up is that the quantum system is always kept in a degenerate ground space. In view of recent results, which have proved that the ground state quantum evolution is robust against decoherence effects, this seems a good candidate toward the implementation of robust geometric quantum computing. Currently, experiments run at Aalto University aim at testing our theoretical models.

Liens :[Paolo Solinas][Department of Applied Physics, Aalto University, Helsinki]

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Résumé : In this talk, I will review the effect of a local impurity on a single-channel one dimensional quantum wire (the Kane-Fisher problem), and will show how this can be extended to ladder (two-channel) models with counter-intuitive results. For repulsive interaction we find that transport properties of the system are highly sensitive to the transverse gradient of the perturbation: the asymmetric part completely reflects the electrons leading to vanishing conductance at zero temperature, while the flat potential remains transparent.

Liens :[Sam Carr][Karlsruhe Universität]

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Liens :[Julia Meyer][UJF, CEA Grenoble]

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Résumé : I will discuss the application of perturbation theory to finding analytic and semi-analytic estimates for the frequency and fields of modes associated with a defect in a photonic crystal. I will begin with the case of a point defect, for which the difference between the frequency of the defect mode and the band-edge is given by a simple exponential law. I will then go on to more complicated defects , for which the well-known Luttinger-Kohn model for electron wavefunctions associated with defects in semiconductors is adapted to derive the envelope function of the photonic defect modes. This envelope is given by a differential equation, which may be solved numerically, or estimated in closed form in simple cases. I will discuss the application of this to waveguides and double-heterostructure cavities in photonic crystals.

Liens :[Ross McPhedran][University of Sydney]

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Résumé : We calculate the transmission of electrons and holes between two normal-metal electrodes, separated by a superconductor with d-wave symmetry. Nodal lines of vanishing excitation gap form ballistic conduction channels for coupled electron-hole excitations, described by an anisotropic Dirac equation. The transmitted electrical and thermal currents, at zero energy, both have the pseudodiffusive scaling characteristic of massless Dirac fermions - regardless of the presence of tunnel barriers. Tunnel barriers leave the thermal current unaffected and reduce the slope of the scaling in the case of electrical current.

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Résumé : In this course we will study how entanglement can impact our current understanding of interferometry and can be exploited for ultra-precise metrology and sensors. The main topics discussed during the lectures are:

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Résumé : We present an ab initio description of random lasing in cold atomic gases, based on quantum Langevin equations. Statistical analysis of various properties, like the laser threshold, is performed for different pumping schemes (pumping through a third level or lasing without inversion in a cloud of two-level atoms), in the semi-classical framework but without using the diffusion approximation. The properties of the random laser are shown to be related to the eigenvalue distribution of a special class of non-Hermitian Euclidean random matrices. We show how the atomic response and disorder combine to give rise to different lasing mechanisms. By tuning the pump at fixed disorder we can move from a diffusive to an interference-based random laser. And by modifying the disorder strength, various regimes of light propagation (diffusion, Anderson localization, superradiance) can be investigated on the same footing.

Liens :[Arthur Goetschy][LPMMC]

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Résumé : In this course we will study how entanglement can impact our current understanding of interferometry and can be exploited for ultra-precise metrology and sensors. The main topics discussed during the lectures are:

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Résumé : The subject of this study is the long-time equilibration dynamics of a strongly disordered one-dimensional chain of coupled weakly anharmonic classical oscillators. It is shown that the chaotic component of the system's motion can be represented as a dilute gas of chaotic spots. Each chaotic spot corresponds to a stochastic pump which drives the Arnold diffusion of the oscillators surrounding it, thus leading to their relaxation and thermalization. The most important mechanism of relaxation at long distances is provided by random migration of the chaotic spots along the chain, which bears analogy with variable-range hopping of electrons in strongly disordered solids.

Liens :[Denis Basko][LPMMC]

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Résumé : Le cône de rétrodiffusion classiquement introduit dans les milieux aléatoires ou les cavités chaotiques, peut aussi être observé dans des cavités simples (cavité 1D, rectangulaire ou parallélépipédique). Dans ces cavités la surintensité à la source peut être calculée analytiquement et dépend de la dimensionnalité d suivant une loi de puissance : (3/2)^d. Des données expérimentales et numériques confirment cette dépendance qui n'existe pas dans les cavités chaotiques. La simplicité des cavités permet de nouvelles interprétations balistiques expliquant la formule précédente : à un chemin acoustique peut être associé zéro ou plusieurs chemins de même longueur donnant lieu à des interférences constructives. Pour appuyer l'étude de la statistique des rayons et de leurs interférences, une approche modale a été développée, ces deux modèles permettent de comprendre quantitativement la dépendance dimensionnelle de la surintensité. Par ailleurs, ces outils ainsi que des mesures expérimentales ont permis de mettre en évidence des zones de surintensité en dehors de la source. En effet la symétrie spatiale dans ces cavités est transmise à la multidiffusion et donne naissance à des points, des lignes et des plans de surintensité situés sur des zones de symétrie de la source. De plus ces zones particulières deviennent aussi le lieu de sous-intensité si des conditions aux limites différentes viennent créer une antisymétrie. Celle-ci est alors responsable d'interférences destructives créant des zones de sous-intensité dont la valeur dépend de la dimension à travers la relation suivante: (1/2)^d. Une observation expérimentale de sous-intensité est obtenue dans un guide d'onde acoustique.

Liens :[LGIT, Grenoble]

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Résumé : We analyze an interacting Bose-Fermi mixture in a 1D disordered potential using a combination of renormalization group and variational methods. We obtain the complete phase diagram of this system for parameters of experimental relevance as a function of bosonic and inter-species interaction strengths, in the weak disorder limit. Superfluid correlations are enhanced by the Bose-Fermi interaction and compete with backscattering on disorder. The system is thus characterized by several phase transitions between superfluid and various glassy insulating states, including a new Bose-Fermi glass phase, where both species are coupled and localized. The dynamical response of the system depends on whether one or both species are pinned by disorder. The dynamical structure factor, as measured through Bragg scattering experiments, can distinguish between the various localized phases and probe their dynamics.

Liens :[Pascal Simon][Laboratoire de physique des solides, Orsay]

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Résumé : The time evolution of magnons subject to a time-dependent microwave field is usually described within the so-called “S-theory”, where kinetic equations for the distribution function are obtained within the time-dependent Hartree-Fock approximation. To explain the recent observation of “Bose-Einstein condensation of magnons” in an external microwave field [Demokritov et al., Nature 443, 430 (2006)], we extend the “S-theory” to include the Gross-Pitaevskii equation for the time-dependent expectation values of the magnon creation and annihilation operators. We explicitly solve the resulting coupled equations within a simple approximation where only a single condensed mode is retained.

Liens :[Thomas Kloss][Université de Francfort]

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Résumé : Random matrix models is an efficient tool to study the Anderson metal-insulator transition. In this talk we focus on two such models: the power-law banded random matrices and the ultrametric random matrices. Using the weak disorder virial expansion we show how the multifractal critical exponents can be calculated analytically. Relations between different critical exponents, universality of the results as well as some open problems are discussed.

Liens :[Alexander Ossipov][Université de Nottingham]

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Résumé : La possibilité de pouvoir ajuster de manière quasiment arbitraire la force des interactions ainsi que la géométrie des pièges dans les gaz d'atomes ultra-froids a rendu possible la réalisation de systèmes dans des dimensions réduites (quasi-1D ou quasi-2D) et/ou dans des régimes résonants aussi bien pour des bosons que pour des fermions. Ces systèmes caractérisés par des corrélations importantes ont un caractère transdisciplinaire (on peut penser par exemple au gaz de Tonks pour lequel il existe un mapping entre des bosons 1D fortement corrélés et des fermions sans interaction). Un autre exemple concerne le problème à petit nombre de corps qui est aussi un sujet standard en physique nucléaire. En ce qui concerne les atomes froids, les propriétés des systèmes à petits nombres de corps permettent d'analyser non seulement les pertes observées dans les gaz atomiques mais encore de mettre en évidence des états ayant un caractère 'universel'. Ainsi, les états liés à trois-corps apparaissant dans un régime résonant (états d'Efimov') ont été observés pour la première fois dans un gaz d'atomes de Césium. Dans ce séminaire, nous montrerons comment les interactions effectives dans les dimensions réduites émergent des propriétés de diffusion tridimensionnelles en utilisant une approche asymptotique. Cette même formulation apparaît comme un moyen simple pour trouver un famille d'états liés à trois-corps 'universel' en géométrie bidimensionnelle. Enfin, revenant à la géométrie tridimensionnelle, nous introduisons une approche plus réaliste permettant de modéliser les déviations à l'universalité pour les états d'Efimov observés dans le gaz atomique de Césium.

Liens :[Ludovic Pricoupenko][LPTMC Jussieu]

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Résumé : Depuis qu'en 1995 les expérimentateurs sont capables d'observer les condensats pour des atomes froids (Rubidium 87, Sodium 23, Lithium 7 etc), plusieurs expériences portent sur l'observation de condensats dans des systè mes dits quasi-uni-dimensionnels [1] et quasi-bi-dimensionnels [2] produit par forte anisotropie des pièges confinant le gaz. Pour ces systèmes certaines propriétés physiques des condensats changent à cause de cette anisotropie. Les mesures indiquent notamment une modification de la longueur de cohérence spatiale et en impulsion ainsi que l'existence d'une seconde température critique séparant deux régimes dits quasicondensats (caractérisés par la fluctuation de phase) et condensat usuel (sur l'état fondamental) [1].
L'école de Dublin a cherché dans les années 80 à généraliser le concept de condensation de Bose-Einstein pour étudier des cas particuliers d'anisotropie des boîtes ou pièges confinant le gaz pour lesquels le condensat n'est pas forcément uniquement réparti sur l'état fondamental [4]. Il faut remarquer que ce concept était utilisé par la physique mathématique mais peu connu des physiciens théoriciens et expérimentateurs.
L'objet de ce séminaire et de ma thèse consiste à présenter et à déchiffrer via une nouvelle approche dite d'échelle (de scaling, [5]), un modèle de gaz parfait dans des boîtes anisotropes [5] pour lequel il existe une seconde densité/température critique. Nous l'appliquerons alors à la détermination des longueurs de cohérences des condensats par des lois d'échelle [6] et nous montrerons l'analogie avec les récentes observations et prédictions théoriques [1,3]. Enfin nous discuterons et débaterons sur quelques perspectives possibles concernant le problème du gaz en interaction en milieux fortement anisotropes.

[1] F. Gerbier, J. H. Thywissen, S. Richard, M. Hugbart, P. Bouyer, et A. Aspect, Momentum distribution and correlation function of quasicondensates in elongated traps Phys. Rev. A 67 051602(R) (2003)
[2] Z.Hadzibabic, P. Krüger, M. Cheneau, B. Battelier, and J. Dalibard, Beresinskii-Kosterlitz-Thouless Crossover in a Trapped Atomic Gas, Nature 441, 1118 (2006).
[3] D. S. Petrov, G. V. Shlyapnikov, et J. T. M. Walraven, Phase-Fluctuating 3D Bose-Einstein Condensates in Elongated Traps, Phys. Rev.Lett. 87, 050404 (2001).
[4] M.van den Berg, J.T.Lewis and J.Pulé, A general theory of Bose-Einstein condensation, Helv. Phys. Acta. 59, (1986). [5] M.Beau, A Scaling approach to the existence of the long cycles in Casimir boxes, J.Phys.A 42, 235204 (2009).
[6] M.Beau, V.Zagrebnov, Quasi-one- and quasi-two-dimensional perfect Bose-gas: the second critical density and generalized condensation, in progress.

Liens :[Mathieu Beau][Centre de physique théorique, Marseille]

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Résumé : A single-electron turnstile is a novel candidate for obtaining charge pumping with a high accuracy [1]. Yet, the device is simple enough for parallel operation which enables higher output currents needed in applications. First, I will present parallel operation of ten pumps yielding high enough output current for the quantum metrological triangle experiment.
On the other hand, the accuracy of the pumps has not been as high as predicted by higher order tunneling processes. The excess leakage has typically been modelled successfully with a lifetime broadened density of states of the the superconductor, known as the Dynes-model [2]. I will show that in our case, the model can be addressed to the electromagnetic environment of the junctions and it is not the property of the superconducting material itself. The parameter values of the analysis match well to the ones reachable with experiments. Further on, we have shown experimentally that the leakage current can be suppressed by an order of magnitude by minimizing the impact of the environment. This is not only advatageous for the charge pump but also for other applications as well.
[1] Pekola et. al., Nature Phys. 4, 120-124, (2008).
[2] Dynes et. al, Phys. Rev. Lett. 41, 1509-1512 (1978).

Liens :[Ville Maisi][Low temperature laboratory, University of Helsinki]