Roton (physique)
Cet article est une ébauche concernant la physique quantique.
En physique théorique, un roton est une quasiparticule, un quantum d'excitation de l'hélium superfluide et des condensats de Bose-Einstein avec des interactions dipolaires à longue portée ou un couplage spin-orbite[1]. Par exemple, l'émergence des rotons est une conséquence de la partie attractive de la force dipolaire. La relation de dispersion des excitations élémentaires dans ces systèmes présente une croissance linéaire depuis l'origine suivie d'un premier maximum et ensuite un minimum en énergie lorsque l'impulsion augmente. Les excitations dans la région linéaire sont appelées phonons et celles proches du minimum rotons. Les excitations proches du maximum sont appelées maxons. Une structure rotonique similaire a aussi été observée pour un condensat de Bose-Einstein dans un lattice optique agité de façon périodique, mais avec deux minimas de dispersion[2].
Le terme "roton-like" (similaire à un roton) est aussi utilisé pour les modes propres prédits dans les métamateriaux 3D en utilisant le couplage au-delà des plus proches voisins[3],[4]. Une relation de dispersion roton-like a été observée sous conditions ambiantes à la fois pour les ondes de pression acoustiques dans un métamatériau basé sur un canal à des fréquences audibles et pour les ondes élastiques transversales dans un métamatériau à l'échelle microscopique à des fréquences ultrasonores[5].
Relation de dispersion
[modifier | modifier le code]La relation de dispersion correspond au développement autour du minimum :
où est le gap en énergie, la position du minimum et la masse effective de la quasi particule.
Dans le cas de l'hélium superfluide à pression nulle, , et , où est la masse d'un atome d'hydrogène[1].
Approche de Richard Feynman[6]
[modifier | modifier le code]En 1954, Richard Feynman développe une approximation de l'allure du spectre des excitations pour l'hélium liquide, à partir du facteur de structure statique. Cette approche relie le minimum rotonique au maximum du facteur de structure, cependant la qualité de l'approximation de l'énergie se dégrade à mesure que l'impulsion augmente et, dans la région des rotons, les données expérimentales et prédictions numériques, par algorithme de Monte-Carlo, se retrouvent surestimées d'un facteur deux[1].
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Notes et références
[modifier | modifier le code]- (en) Lev. P. Pitaevskii et Sandro Stringari, Bose-Einstein Condensation, Oxford University Press, coll. « International Series of Monographs on Physics », , 567 p. (ISBN 9780198758884), p. 111,112,116,117,422,523
- ↑ Li-Chung Ha, Logan W. Clark, Colin V. Parker et Brandon M. Anderson, « Roton-Maxon Excitation Spectrum of Bose Condensates in a Shaken Optical Lattice », Physical Review Letters, vol. 114, no 5, , p. 055301 (DOI 10.1103/PhysRevLett.114.055301, lire en ligne, consulté le )
- ↑ (en) Ke Wang, Yi Chen, Muamer Kadic et Changguo Wang, « Nonlocal interaction engineering of 2D roton-like dispersion relations in acoustic and mechanical metamaterials », Communications Materials, vol. 3, no 1, , p. 1–11 (ISSN 2662-4443, DOI 10.1038/s43246-022-00257-z, lire en ligne, consulté le )
- ↑ (en) Yi Chen, Muamer Kadic et Martin Wegener, « Roton-like acoustical dispersion relations in 3D metamaterials », Nature Communications, vol. 12, no 1, (ISSN 2041-1723, PMID 34078904, PMCID PMC8172548, DOI 10.1038/s41467-021-23574-2, lire en ligne, consulté le )
- ↑ (en) Julio Andrés Iglesias Martínez, Michael Fidelis Groß, Yi Chen et Tobias Frenzel, « Experimental observation of roton-like dispersion relations in metamaterials », Science Advances, vol. 7, no 49, (ISSN 2375-2548, PMID 34851658, PMCID PMC8635434, DOI 10.1126/sciadv.abm2189, lire en ligne, consulté le )
- ↑ R. P. Feynman, « Atomic Theory of the Two-Fluid Model of Liquid Helium », Physical Review, vol. 94, no 2, , p. 262–277 (DOI 10.1103/PhysRev.94.262, lire en ligne, consulté le )
