Exploration de phases topologiques dans des systèmes dynamiques avec des gaz quantiques ultrafroids // exploration of topological phases in dynamical systems with ultracold quantum gases

Topic description

Les phases topologiques constituent une classe d'états quantiques présentant des propriétés globales robustes face aux défauts et perturbations. Bien que souvent associées aux matériaux exotiques comme les isolants topologiques, ces phases peuvent également émerger dans des systèmes périodiquement modulés (systèmes de Floquet), offrant un cadre idéal pour l'étude de la topologie hors équilibre.

Cette thèse portera sur l'étude numérique et la réalisation expérimentale d'un modèle topologique à l'aide d'un condensat de Bose–Einstein (BEC) de potassium soumis à des impulsions lumineuses périodiques, s'inspirant du paradigme du rotateur frappé quantique. Le projet s'appuiera sur un schéma récemment démontré par l'équipe, combinant des potentiels optiques dépendants du spin et couplage Raman modulé, permettant d'induire un couplage spin–orbite effectif.

L'objectif principal sera d'identifier et de caractériser les signatures de phases topologiques, telles que les transitions entre états localisés et délocalisés ou l'apparition d'invariants topologiques dans le spectre de quasi-énergie. Le travail inclura la participation aux expériences BEC du PhLAM, l'analyse des dynamiques atomiques et le développement de simulations numériques en lien avec les collaborations théoriques.
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Topological phases constitute a class of quantum states that exhibit global properties robust against defects and perturbations. Although often associated with exotic materials such as topological insulators, these phases can also emerge in periodically driven systems (Floquet systems), providing an ideal framework for studying out-of-equilibrium topology.

This thesis will focus on the numerical study and experimental realization of a topological model using a Bose–Einstein condensate (BEC) of potassium subjected to periodic light pulses, inspired by the paradigm of the quantum kicked rotor. The project will build on a scheme recently demonstrated by the team, combining spin-dependent optical potentials and modulated Raman coupling to induce an effective spin–orbit coupling.

The main objective will be to identify and characterize signatures of topological phases, such as transitions between localized and delocalized states or the emergence of topological invariants in the quasi-energy spectrum. The work will include participation in the PhLAM's BEC experiments, analysis of atomic dynamics, and the development of numerical simulations in connection with theoretical collaborations.
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Début de la thèse : 01/10/
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