A.- Le Grand Conseil de la République et canton de Neuchâtel a adopté le 31 janvier 2000 un décret déclarant d'utilité publique la construction de la halle de sport triple de la Riveraine, à la rue du Littoral, à Neuchâtel. Aux termes de l'art. 1er de ce décret, le Conseil d'Etat reçoit tous pouvoirs pour acquérir à l'amiable ou par voie d'expropriation les biens-fonds, tous droits réels ou personnels sur des immeubles et ceux découlant de droits de voisinage qui pourraient être nécessaires à l'exécution des travaux. Selon l'art. 2 du décret, la loi cantonale sur l'expropriation pour cause d'utilité publique (LEXUP) est applicable en cas d'expropriation. Le projet de halle de sport a été élaboré par l'Etat de Neuchâtel et la Ville de Neuchâtel, destinés à en être les copropriétaires. Ce bâtiment - de forme carrée, de 46 m de côté - doit être implanté pour l'essentiel sur le domaine public cantonal (terrain remblayé au bord du lac), avec un empiétement sur la parcelle n° 13820, propriété de l'Etat de Neuchâtel et dont la Ville de Neuchâtel est superficiaire (elle y a aménagé un terrain de football). Cet empiétement correspond à la partie est de la halle, soit une bande de 11 m de large sur 46 m de long. La parcelle n° 13820 est par ailleurs grevée d'une servitude de "limitation du droit de construire" au profit des parcelles nos 7961, 7962, 7963 et 7964: seules y sont admises les constructions propres à desservir un stade sportif, et dont la hauteur ne dépasse pas 6,5 m à compter de la cote 432, 5 m (niveau du sol). Les quatre fonds dominants, contigus, appartiennent à F._; des immeubles d'habitation y sont construits. Comme la halle de sport projetée atteint, à son niveau le plus élevé, la cote de 446 m, le Conseil d'Etat a engagé, avec le Conseil communal de Neuchâtel, une procédure d'expropriation partielle de la servitude précitée, sur la bande de terrain correspondant à l'empiétement prévu sur la parcelle 13820. Le projet a été mis à l'enquête publique du 13 avril au 2 mai 2000 (cf. art. 19 LEXUP) et, en outre, un avis personnel a été notifié à F._ (cf. art. 20 LEXUP). Ce dernier a ensuite déposé une opposition à l'expropriation (art. 26 LEXUP), en faisant valoir que la réalisation du projet ne serait pas justifiée par un intérêt public suffisant et que l'atteinte à ses droits serait disproportionnée, d'autres implantations étant possibles selon lui. Le Département cantonal de la gestion du territoire a rejeté cette opposition par une décision rendue le 20 juin 2000. F._ a recouru contre cette décision auprès du Tribunal administratif cantonal, en se plaignant d'une violation du principe de la proportionnalité. Le Tribunal administratif a rejeté le recours par un arrêt rendu le 5 mars 2001. Il a considéré, en substance, qu'il était impossible de déplacer la halle de sport suffisamment vers l'est (recte: vers l'ouest), pour éviter tout empiétement sur l'assiette de la servitude litigieuse, car le nouveau bâtiment serait alors trop proche d'une salle omnisports existante et, en outre, parce que cela nécessiterait la suppression ou le déplacement d'une voie publique, la rue du Littoral. Un déplacement de la halle vers le nord, plus près des immeubles d'habitation de F._, ne permettrait de réduire que de façon négligeable l'étendue de l'expropriation, en supprimant par ailleurs des dégagements à proximité de ces habitations. Le Tribunal administratif a encore retenu que le site de la halle de sport avait été soigneusement choisi, à l'issue d'une étude de variantes, et que la procédure d'expropriation avait été engagée après l'échec de transactions avec le propriétaire des fonds dominants. B.- Le projet de halle de sport de la Riveraine est le résultat d'un concours d'architecture. Un plan de quartier a été établi et une procédure d'autorisation de construire a été introduite. F._ s'est opposé à l'octroi du permis de construire; son opposition a été rejetée et il a recouru en vain auprès du Tribunal administratif; l'arrêt rendu le 6 juillet 2000 dans cette contestation est entré en force. C.- Agissant par la voie du recours de droit public, F._ demande au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt rendu le 5 mars 2001 par le Tribunal administratif au sujet de son opposition à l'expropriation. Il se plaint d'une violation de la garantie de la propriété (art. 26 al. 1 Cst.), l'expropriation ne respectant pas le principe de la proportionnalité. L'Etat de Neuchâtel et la Ville de Neuchâtel concluent au rejet du recours. D.- Par une ordonnance rendue le 18 mai 2001, le Président de la Ie Cour de droit public a rejeté la demande d'effet suspensif présentée par le recourant.