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Séminaire mensuel NEEL

Mardi 16 janvier à 9h30,
Salle des séminaires, Bât. A

Orateur : Maxime RICHARD (NPSC)
"Fluides quantiques de lumière"

Abstract

Dans le langage courant, la notion de fluide fait référence à un état de la matière, liquide ou gaz, caractérisé par l’absence d’ordre solide. Un fluide est donc constitué d’un très grand nombre de particules, et la composante liquide en particulier, implique que ces particules interagissent les unes avec les autres. On associe aussi à cette notion un sous-entendu en général parfaitement légitime : l’équilibre thermodynamique. Ainsi par exemple, la température est un bon paramètre pour décrire les propriétés macroscopiques du fluide.

Les fluides très froids, une situation beaucoup moins courante dans la nature, présentent la particularité de se comporter à l’échelle macroscopique selon les lois de la mécanique quantique. C’est le cas par exemple de l’Hélium IV, superfluide en dessous de T=2.17K, des superfluides électroniques dans les matériaux supraconducteurs, ou encore des gaz d’atomes ultra-froids (en dessous du microKelvin). Ces fluides quantiques sont caractérisés par la présence d’une fonction d’onde macroscopique, accompagnée par un nuage d’excitations thermiques. Ces phénomènes sont aujourd’hui relativement bien compris dans le cadre de l’hydrodynamique quantique et de la thermodynamique à l’équilibre.

Ces 20 dernières années, une nouvelle classe de fluide quantique est apparue qui violent les hypothèses à la base de cette description, ce sont les fluides de lumière en cavité. En effet, à cause de leur temps de vie intra-cavité extrêmement court, les photons n’obéissent pas aux lois très restrictives de l’équilibre thermodynamique. Et pourtant, on peut en faire un fluide au sens stricte : les photons dans une cavité ont une masse bien définie et ils peuvent aussi être mis en interaction les uns avec les autres, ainsi qu’avec leur environnement extérieur. Ce dernier point est réalisé en habillant les photons avec les excitations électroniques (excitons) d’une couche de matériau semiconducteur inséré dans la cavité. On parle alors de polariton-excitonique, que l’on peut dans une bonne approximation identifier à des photons interagissant.

En conséquence Les fluides de polaritons appartiennent à une classe à part de fluide quantiques, avec son propre corpus de phénomènes et son cadre théorique spécifique. Dans ce séminaire, j’en présenterais les contours principaux, ainsi que nos avancées récentes dans ce domaine.

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