Effets périodiques induits dans les condensats de Bose-Einstein : oscillations de Bloch de solitons et fraction superfluide

Cette thèse étudie deux phénomènes dans les condensats de Bose-Einstein liés à la périodicité : temporelle dans le premier cas et spatiale dans le second. La théorie est passée en revue et des expériences sont réalisées avec des atomes ultra-froids. Plus précisément, notre plateforme expérimentale consiste en un gaz bidimensionnel d'atomes de rubidium confinés dans une boîte à fond plat de géométrie ajustable. Notre dispositif offre un contrôle élevé sur le gaz, nous permettant de concevoir des potentiels et des textures de spin arbitraires. La première investigation explore les solitons, des paquets d'ondes stables qui maintiennent leur forme pendant la propagation. Après avoir revu les fondements théoriques, cette thèse présente la réalisation expérimentale de solitons magnétiques. Ceux-ci apparaissent comme une composante de spin localisée immergée dans un bain d'une autre composante. Lorsqu'ils sont soumis à une force constante, ces solitons présentent un mouvement oscillatoire. Ce comportement est similaire à celui d'un électron dans un cristal effectuant des oscillations de Bloch, malgré l'absence de potentiel périodique. Ce phénomène remarquable découle, dans les deux cas, de la périodicité inhérente à la relation énergie-impulsion. Des expériences dans des géométries linéaires et en anneau vérifient ces oscillations. Dans la configuration en anneau, nous démontrons que les oscillations peuvent générer des courants quantifiés. Cela représente un nouveau mécanisme pour créer des courants persistants dans les fluides quantiques. La seconde étude examine comment la modulation spatiale affecte la superfluidité, c'est-à-dire la capacité d'un fluide à s'écouler sans friction. La thèse démontre expérimentalement que briser la symétrie translationnelle dans un condensat de Bose-Einstein réduit la fraction superfluide. Cela confirme les prédictions des travaux pionniers de Leggett. Nous utilisons des réseaux optiques pour créer des modulations de densité contrôlées. La fraction superfluide est mesurée en utilisant deux méthodes :par la propagation du son et les mesures de compressibilité, et via l'analyse du profil de densité du nuage. Les résultats confirment la réduction attendue de la fraction superfluide. Ces découvertes ont une pertinence particulière pour les supersolides, un état de la matière présentant des propriétés superfluides coexistant avec un ordre spatial spontané.