Decay of a superfluid current of ultra-cold atoms in a toroidal trap

Using a numerical implementation of the truncated Wigner approximation, we simulate the experiment reported by Ramanathan et al. in Phys. Rev. Lett. 106, 130401 (2011), in which a Bose-Einstein condensate is created in a toroidal trap and set into rotation via a phase imprinting technique. A potential barrier is then placed in the trap to study the decay of the superflow. We find that the current decays via thermally activated phase slips, which can also be visualized as vortices crossing the barrier region in the radial direction. Adopting the notion of critical velocity used in the experiment, we determine it to be lower than the local speed of sound at the barrier, in contradiction to the predictions of the zero-temperature Gross-Pitaevskii equation. We map out the superfluid decay rate and critical velocity as a function of temperature and observe a strong dependence. Thermal fluctuations offer a partial explanation of the experimentally observed reduction of the critical velocity from the phonon velocity.Comment: 15 pages. 11 figure

Exotic Superconducting Phases of Ultracold Atom Mixtures on Triangular Lattices

We study the phase diagram of two-dimensional Bose-Fermi mixtures of ultracold atoms on a triangular optical lattice, in the limit when the velocity of bosonic condensate fluctuations is much larger than the Fermi velocity. We contrast this work with our previous results for a square lattice system in Phys. Rev. Lett. {\bf 97}, 030601 (2006). Using functional renormalization group techniques we show that the phase diagrams for a triangular lattice contain exotic superconducting phases. For spin-1/2 fermions on an isotropic lattice we find a competition of $s$-, $p$-, extended $d$-, and $f$-wave symmetry, as well as antiferromagnetic order. For an anisotropic lattice, we further find an extended p-wave phase. A Bose-Fermi mixture with spinless fermions on an isotropic lattice shows a competition between $p$- and $f$-wave symmetry. These phases can be traced back to the geometric shapes of the Fermi surfaces in various regimes, as well as the intrinsic frustration of a triangular lattice.Comment: 6 pages, 4 figures, extended version, slight modification

Unconventional Spin Density Waves in Dipolar Fermi Gases

The conventional spin density wave (SDW) phase (Overhauser, 1962), as found in antiferromagnetic metal for example (Fawcett 1988), can be described as a condensate of particle-hole pairs with zero angular momentum, $\ell=0$, analogous to a condensate of particle-particle pairs in conventional superconductors. While many unconventional superconductors with Cooper pairs of finite $\ell$ have been discovered, their counterparts, density waves with non-zero angular momenta, have only been hypothesized in two-dimensional electron systems (Nayak, 2000). Using an unbiased functional renormalization group analysis, we here show that spin-triplet particle-hole condensates with $\ell=1$ emerge generically in dipolar Fermi gases of atoms (Lu, Burdick, and Lev, 2012) or molecules (Ospelkaus et al., 2008; Wu et al.) on optical lattice. The order parameter of these exotic SDWs is a vector quantity in spin space, and, moreover, is defined on lattice bonds rather than on lattice sites. We determine the rich quantum phase diagram of dipolar fermions at half-filling as a function of the dipolar orientation, and discuss how these SDWs arise amidst competition with superfluid and charge density wave phases.Comment: 5 pages, 3 figure

Phase fluctuations in anisotropic Bose condensates: from cigars to rings

We study the phase-fluctuating condensate regime of ultra-cold atoms trapped in a ring-shaped trap geometry, which has been realized in recent experiments. We first consider a simplified box geometry, in which we identify the conditions to create a state that is dominated by thermal phase-fluctuations, and then explore the experimental ring geometry. In both cases we demonstrate that the requirement for strong phase fluctuations can be expressed in terms of the total number of atoms and the geometric length scales of the trap only. For the ring-shaped trap we discuss the zero temperature limit in which a condensate is realized where the phase is fluctuating due to interactions and quantum fluctuations. We also address possible ways of detecting the phase fluctuating regime in ring condensates.Comment: 10 pages, 5 figures, minor edit

La carboxyhémoglobine, un nouveau marqueur pronostique après chirurgie cardiaque en circulation extra-corporelle?

2. Résumé. Etat des connaissances. Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz considéré comme un polluant atmosphérique, mais qui est également produit de manière endogène par une enzyme appelée hème oxygénase (HO), qui catabolise le noyau hème de l'hémoglobine en bilirubine, en libérant une molécule de CO. Une isoforme constitutive, dite HO-2, est responsable du catabolisme basal de l'hème, et une autre, dite inductible, ou HO-1, est exprimée sous l'effet de cytokines inflammatoires et de radicaux libres d'oxygène. La production de CO par HO-1 joue un rôle adaptatif, limitant les conséquences du stress inflammatoire. Le CO se lie à l'hémoglobine, formant de la carboxyhémoglobine (CO-Hb) témoignant de la production de CO. Des taux élevés de CO-Hb ont été détectés chez des patients avec état inflammatoire sévère, comme le choc septique. Un état inflammatoire généralisé peut aussi se rencontrer dans d'autres situations, notamment après chirurgie cardiaque sous circulation extra-corporelle (CEC), qui est une technique de maintien du débit de sang oxygéné lorsque le coeur est arrêté. De par son caractère non pulsatile et le contact du sang avec les surfaces de l'appareillage, la CEC peut entraîner un état inflammatoire généralisé, compliqué parfois d'une insuffisance circulatoire et de dysfonctions d'organes. Une étude portant sur un petit nombre de patients a montré que la CEC entraînait une augmentation de la production de CO, mais aucune donnée n'existe évaluant l'impact de cette augmentation sur l'évolution clinique après CEC. But du travail. Nous avons tout d'abord cherché à confirmer que la CEC est associée à une augmentation de la production de CO, puis nous avons voulu déterminer d'éventuelles relations entre cette production de CO et l'évolution post-opératoire des patients. Méthode. Etude rétrospective sur 203 patients opérés cardiaques en CEC en 2011-2012. La CO-Hb a été mesurée par spectrophotométrie du sang artériel au début et à la fin de la CEC, puis toutes les 6 heures pendant 48 heures. Les données démographiques, les scores de gravité SAPS II et APACHE II, la durée de la CEC et la durée de séjour aux soins intensifs ont été répertoriées, ainsi que des données biologiques, hémodynamiques et de traitement. L'hypothèse d'une association entre CO-Hb (valeur moyenne et valeur maximale des premières 48 heures) et les diverses variables a été testée par régression linéaire univariée et le calcul du coefficient de corrélation de Pearson. Le rôle indépendant de la CO-Hb à prédire une mauvaise évolution clinique (définie par un séjour aux soins intensifs de > 48 heures ou une dose de noradrénaline > 30 mg en 48h) a été testé par une analyse de régression logistique mutivariée. Résultats. Dans cette étude, nous avons confirmé que la chirurgie cardiaque en CEC était associée à une élévation de la production endogène de CO, évaluée par le taux de CO-Hb. Nous avons en outre pu montrer que cette augmentation était directement corrélée à la durée de la CEC, et qu'elle était associée à une plus grande défaillance circulatoire, une plus grande dysfonction pulmonaire, et, à l'inverse, à une moindre dysfonction hépatique. Finalement, la CO-Hb mesurée dans les suites de la CEC s'est avérée prédire de manière indépendante une mauvaise évolution clinique après la chirurgie. Conclusions. La chirurgie cardiaque en CEC entraîne une augmentation de la concentration de carboxy-hémoglobine, directement liée à la durée de la CEC, et corrélée avec divers indices de mauvaise évolution clinique. La carboxy-hémoglobine pourrait ainsi représenter un biomarqueur utile au clinicien pour évaluer la sévérité de la réponse inflammatoire après chirurgie cardiaque en CEC

Intrinsic Photoconductivity of Ultracold Fermions in Optical Lattices

We report on the experimental observation of an analog to a persistent alternating photocurrent in an ultracold gas of fermionic atoms in an optical lattice. The dynamics is induced and sustained by an external harmonic confinement. While particles in the excited band exhibit long-lived oscillations with a momentum dependent frequency a strikingly different behavior is observed for holes in the lowest band. An initial fast collapse is followed by subsequent periodic revivals. Both observations are fully explained by mapping the system onto a nonlinear pendulum.Comment: 5+7 pages, 4+4 figure

Decoherence in an exactly solvable qubit model with initial qubit-environment correlations

We study a model of dephasing (decoherence) in a two-state quantum system (qubit) coupled to a bath of harmonic oscillators. An exact analytic solution for the reduced dynamics of a two-state system in this model has been obtained previously for factorizing initial states of the combined system. We show that the model admits exact solutions for a large class of correlated initial states which are typical in the theory of quantum measurements. We derive exact expressions for the off-diagonal elements of the qubit density matrix, which hold for an arbitrary strength of coupling between the qubit and the bath. The influence of initial correlations on decoherence is considered for different bath spectral densities. Time behavior of the qubit entropy in the decoherence process is discussed.Comment: 10 pages, 5 figure

A supercritical superfluid and vortex unbinding following a quantum quench

We study the dynamics of the relative phase of a bilayer of two-dimensional superfluids after the two superfluids have been decoupled, using truncated Wigner approximation. On short time scales the relative phase shows "light cone" like thermalization and creates a metastable superfluid state, which can be supercritical. On longer time scales this state relaxes to a disordered state due to dynamical vortex unbinding. This scenario of dynamically suppressed vortex proliferation constitutes a {\it reverse-Kibble-Zurek effect}. We observe dynamics of creation of vortex anti-vortex pairs and their consequent motion. Our predictions can be directly measured in interference experiments, see Ref 1.Comment: 4 pages, 5 figure

Microscopic theory for the light-induced anomalous Hall effect in graphene

We employ a quantum Liouville equation with relaxation to model the recently observed anomalous Hall effect in graphene irradiated by an ultrafast pulse of circularly polarized light. In the weak-field regime, we demonstrate that the Hall effect originates from an asymmetric population of photocarriers in the Dirac bands. By contrast, in the strong-field regime, the system is driven into a non-equilibrium steady state that is well-described by topologically non-trivial Floquet-Bloch bands. Here, the anomalous Hall current originates from the combination of a population imbalance in these dressed bands together with a smaller anomalous velocity contribution arising from their Berry curvature. This robust and general finding enables the simulation of electrical transport from light-induced Floquet-Bloch bands in an experimentally relevant parameter regime and creates a pathway to designing ultrafast quantum devices with Floquet-engineered transport properties