Lumière et atomes : comment l'anisotropie contrôle la chaleur express
La lumière et les atomes, comme des danseurs, peuvent se mouvoir à l'unisson ou en désordre. Lorsque leur interaction est anisotrope — c'est-à-dire qu'elle dépend de la direction — la danse se complique. Dans ce nouveau travail, les physiciens ont examiné un modèle où de nombreux atomes (qubits) interagissent collectivement avec un champ lumineux anisotrope, chaque composant étant relié à un réservoir thermique. Il s'avère que l'anisotropie peut modifier radicalement le flux de chaleur à travers le système.
Le nombre d'atomes joue un rôle d'amplificateur : à mesure qu'il augmente, les pics du flux de chaleur deviennent plus hauts et les creux plus profonds. Dans la limite d'un nombre infini d'atomes (limite thermodynamique), il a été possible de dériver des formules simples qui fixent une borne supérieure au flux de chaleur pour les systèmes finis. Ces formules décrivent un processus analogue au co-tunneling, où la chaleur est transportée non pas individuellement, mais par paquets coordonnés.
La diode thermique — un dispositif qui laisse passer la chaleur dans un sens mieux que dans l'autre — dépend également de l'anisotropie. Ajuster l'interaction entre la lumière et les atomes ouvre la voie à un contrôle de la chaleur à l'échelle quantique, ce qui pourrait être utile dans la microélectronique de demain.
Dans le modèle de Dicke, l'anisotropie de l'interaction peut conduire à des transitions de phase quantiques inhabituelles, où les propriétés du système changent brusquement lors d'une variation douce des paramètres.