Esperimenti

Bosoni interagenti in un potenziale disordinato

Grazie ai continui progressi nel campo degli atomi ultrafreddi, svariati semplici modelli teorici un tempo confinati tra le pagine dei libri di testo di materia condensata sono stati trasformati in veri e propri strumenti di simulazione.
Tra i vari spunti di ricerca che questi strumenti offrono, spicca senz’altro lo studio degli effetti del disordine sulle proprietà di coerenza e trasporto in sistemi quantistici.
Tali proprietà sono legate ad importanti fenomeni fisici, quali ad esempio la superfluidità, e possono influenzare il funzionamento di strumenti di alta precisione, come interferometri, accelerometri e giroscopi.
Una chiara comprensione del ruolo giocato in questo ambito dalle piccole imperfezioni casuali è dunque essenziale, e l’ambiente altamente controllato garantito dal cosiddetto “cold-atom toolbox” è una palestra ideale per formarla.
La nostra attività di ricerca in questo contesto è volta alla caratterizzazione teorica delle fasi quantistiche che insorgono per effetto della competizione tra disordine e interazione in sistemi di atomi ultrafreddi su reticolo. Per una maggiore aderenza alla situazione sperimentale non ci limitiamo ad uno studio termodinamico delle fasi, ma sondiamo le proprietà del sistema in maniera dinamica impiegando tipicamente stati metastabili portatori di corrente. Ci proponiamo di analizzare non solo il disordine scorrelato tipico dei modelli teorici, ma anche il disordine correlato (ma altamente controllabile) che caratterizza le situazioni sperimentali, che tipicamente insorge grazie all’interazione tra gli atomi e il campo elettromagnetico associato ai cosiddetti “speckle-field patterns” o a reticoli ottici bicromatici quasi-disordinati.
In uno strettamente collegato alle tematiche di cui sopra, ci proponiamo di fornire una caratterizzazione statistica del disordine originato dalla presenza di una seconda specie atomica i cui gradi di libertà cinetici sono fortemente limitati.

Frazione superflida in un modello di Bose-Hubbard 3D a filling 1. I cerchi segnalano la transizione alla fase isolante, secondo una simulazione QMC, e dimostrano l'affidabilità dell'approssimazione di Gutzwiller adottata per calcolare fs.

Confini della regione superfluida per un modello di Bose-Hubbard a filling 2, ottenuti dalla nostra analisi dinamica. I confini nero e bianco corrispondono rispettivamente ad un protocollo adiabatico e diabatico.