Assas Recherche | Etude de la dynamique des vortex quantiques dans l'He II et de l'interaction particule/vortex par visualisation directe

Etude de la dynamique des vortex quantiques dans l'He II et de l'interaction particule/vortex par visualisation directe (Document en Anglais)

Accès au(x) document(s)

Accéder au(x) document(s) :

Ce document est protégé en vertu du Code de la Propriété Intellectuelle.

Modalités de diffusion de la thèse :

Thèse consultable sur internet, en texte intégral.

Informations sur les contributeurs

Auteur : Peretti Charles

Peretti, Charles

Nom

Peretti

Prénom

Charles

Nationalité

Français

Date de soutenance : 25-10-2024

Directeur(s) de thèse : Gibert Mathieu

Gibert, Mathieu

Nom

Gibert

Prénom

Mathieu

Etablissement de soutenance : Université Grenoble Alpes

Université Grenoble Alpes

Nom

Université Grenoble Alpes

Laboratoire : Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)

Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)

Nom

Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)

Ecole doctorale : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

Nom

École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

Informations générales

Discipline : Physique de la matière condensée et du rayonnement
Classification : Physique

Mots-clés libres : Superfluide, Suivi de particule Lagrangien, Hydrodynamique quantique, Vortex quantique
Mots-clés :

Superfluidité

Résumé : L'hélium liquide II est une phase spécifique de l'hélium 4 qui présente des propriétés uniques. La principale d'entre elles est le vortex quantique : un objet irrotationnel ressemblant à une tornade avec un noyau de la taille d'un atome. En visualisant des particules de dihydrogène solide, nous suivons tout un réseau de vortex quantiques dans l'hélium 4 en rotation. L'observation de la dynamique de ces vortex établit un régime expérimental de référence pour consolider les descriptions de tous les ?uides quantiques. L'étude de la dynamique des tourbillons quantiques dans l'He II est très prometteuse pour affiner les descriptions théoriques des fluides quantiques. Les condensats de Bose-Einstein, les étoiles à neutrons et même les supraconducteurs présentent des tourbillons quantiques, dont les interactions sont un ingrédient clé de la dissipation d'énergie dans ces systèmes. La circulation du champ de vitesse autour du noyau de ces objets est quantifiée. Ils ont été observés expérimentalement par des moyens indirects, tels que l'amortissement des ondes de second son ou via leur interaction avec des électrons ou des ions. En outre, au cours des vingt dernières années, l'ensemencement des écoulements cryogéniques avec des particules solides s'est avéré être une méthode très efficace pour étudier ces tourbillons. Cependant, dans ces observations pionnières, d'une part la stabilité expérimentale, les conditions initiales, la stationnarité et la reproductibilité étaient mal contrôlées, et d'autre part les recherches supposaient une dynamique bidimensionnelle dans des systèmes qui étaient intrinsèquement 3D.L'appareil expérimental Cryogenic Lagrangian Exploration Module (CryoLEM) nous permet de générer des réseaux de vortex quantiques avec une relative facilité et une reproductibilité contrôlée. Avec un contrôle total de la pression, de la température, des paramètres d'injection de particules et de la vitesse de rotation, un large éventail de conditions peut être exploré afin d'approfondir notre compréhension de ces objets quantiques. Notre première tentative prouve que les particules solides de dihydrogène sont de bons traceurs de vortex quantiques. En effet, dans des conditions simples de rotation stationnaire, la neige de dihydrogène s'agrège le long de lignes qui suivent quantitativement la règle de Feynman sur l'espacement inter-vortex. Nous visualisons alors directement, à l'aide de caméras optiques, une tranche d'un réseau d'Abrikosov aligné sur l'axe de rotation, comme on en trouve dans les condensats de Bose-Einstein ou les supraconducteurs. Cette rotation stationnaire et l'ensemencement de traceurs nous permettent de créer des conditions initiales reproductibles, bien définies et bien contrôlées pour d'autres expériences. En outre, l'introduction d'un flux de chaleur au fond de l'expérience, et le long de l'axe de rotation, induit des ondes mécaniques qui se propagent le long des tourbillons. À faible amplitude, la nature de ces oscillations révèle les interactions en jeu dans le réseau de vortex, tandis qu'à grande amplitude, elles détruisent le réseau et génèrent une pléthore de reconnexions de vortex, qui n'ont été observées jusqu'à présent que comme des événements singuliers. Cette succession de régimes définit un chemin contrôlé vers la turbulence quantique dans l'He II en rotation et une expérience de référence pour consolider les descriptions des fluides quantiques.De plus, nous explorons l'interaction vortex-particules au travers de simulations Gross-Pitaevskii, en étendant des outils de simulation existants pour prendre en compte les aspects de non-sphéricité des particules. Nous montrons que la simulation est robuste, et explorons les effets des formes elliptiques des particules sur les fréquences de Magnus de leur piégeage sur les vortex quantiques et montrons la nucléation de vortex par l'accélération des particules.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2024GRALY060
Type de ressource : Thèse

Fiche descriptive