Benjamin Pasquiou

Laboratoire de Physique des LasersUniversité Paris NordVilletaneuse - France

Gabriel Bismut, Paolo Pedri, Bruno Laburthe-Tolra, Etienne Maréchal, Laurent Vernac, Olivier Gorceix

425 nm

427 nm

650 nm

7S3

5S,D

7P3

7P4

Piège optique croisé BEC !

Transfert dans piège optique 1D

Atome de Chrome: 52Cr Un four à 1350°C Un ralentisseur Zeeman

N = 4.106

T = 120 µK (Rb = 109 ou 10)

Un petit MOT

Evaporation tout optique

Comment faire un BEC de Chrome en 14 s et un slide ?Comment faire un BEC de Chrome en 14 s et un slide ?

Rayon in situ : 4 et 5 µmDurée de vie du condensat : quelques secondes

BEC pur : 10 000 à 30 000 atomes

PRA 77, 061601(R) (2008) PRA 77, 053413 (2008) PRA 73, 053406 (2006)

La condensation du ChromeLa condensation du Chrome

Particularité du Chrome :

• Spin 3• Fort moment magnétique permanent

Fortes interactions dipôle dipôle, différentes des interactions de contact (Van der Walls):

• Longue portée (1/r3 au lieu de 1/r6 )

• Anisotrope

BEC de Chrome : fortes interactions dipolaires

+ +

- -

+

+-

-

Relaxation dipolaire :

-

-

• Collision avec changement de magnétisation (mS = +3 => mS = +2)

• Gain d’énergie cinétique et création de moment orbital

Etudes effectuées pendant ma thèse

Modification des oscillations collectives d’un BEC par la présence d’interactions dipôle dipôle.

Optimisation du chargement d’un piège dipolaire en utilisant des états métastables – Etude des collisions pour ces états

Etude de la relaxation dipolaire dans plusieurs conditions :

• En fonction du champ magnétique B, au voisinage d’une diminution résonante de cette relaxation dipolaire – Détermination longueur diffusion.

• En présence d’un champ magnétique oscillant à des fréquences rf.

• En dimension réduites, cas 2D et 1D.

En cours : démagnétisation spontanée d’un BEC à champ B nul, par l’interaction dipôle dipôle.

Pasquiou et al, PRA 81, 042716Pasquiou et al., PRL (2011)

Bismut et al, App.Phys.B online first

Bismut et al, PRL 105, 040404

La relaxation dipolaire

-

-

Interaction dipôle dipôle permet un couplage entre les différents spins :

1,22

3,22,3 0,0,3,3

)1(

mm

2,2,2,2)2(

m

Lors de la relaxation dipolaire, libération d’énergie Zeeman et création de moment orbital

jj

i

jf E

m

k

m

k

2222 BgE B2

BgE B2

1 Sm

2 Sm

Création possible de vortex par relaxation dipolaire? (B très faible!!!)

2 canaux de relaxation dipolaire :

Procédure

Le fit donne β

Résultats typiques

Temps (ms)

Nom

bre

d’a

tom

es

Sweep RF 2

BEC dans mS = -3 On image le BEC dans mS = -3

Sweep RF 1

BEC mS = +3, temps variable

Champ magnétique B fixé

Taux de collisions à deux corps

Pour un BEC :

Protocole expérimental (cas 3D)

Taux β en fonction du champ magnétique

Données suivent bien la théorie, basée sur l’approximation de Born

Résultats (cas 3D)

Taux

de

rela

xatio

n di

pola

ire

0.01

0.1

1

10

7 8 90.01

2 3 4 5 6 7 8 90.1

Magnetic field (G)

2D

3 D

1 D

Grands changements de comportement si on confine certains degrés de liberté.

Laser Laser

Relaxation dipolaire en dimensions réduites

2 D Crêpes

LaserLaser

Laser

Laser

1 DTubes

1 D

Ajout de réseaux optiques pour confiner une ou plusieurs directions.

Le BEC est chargé dans ces potentiels périodiques et séparé dans plusieurs sites.

Lasers à 532nm rétro-réfléchis, 1.5 W chacun.

25 Er dans chaque réseau (≈ 120 kHz).

Sweep RF 2

BEC dans mS = -3 Imagerie par band mapping

Sweep RF 1

BEC mS = +3, temps variable

Champ magnétique B fixéChar

gemen

t rés

eaux o

ptiques

Protocole expérimental (cas 1D)

Bandes vibrationnelles d’un réseau optique

kk k

E E E

v=0 v=0 v=0

v=1 v=1v=1

v=2

v=2v=2

Gap = 120 kHz

Pas de réseau Faible puissance Nos réseaux

k

E

Exemple typique d’image par band mapping

On peut séparer les populations des différentes bandes des réseaux

On observe des populations dans v=0 et v=1

Sur l’axe des tubes, on peut extraire la température du nuage.

On observe un chauffage du système.

Résultats (cas 1D) Apparition d’un seuil qui correspond à: LBJ Bg

BgE B2

BgE B1 Sm

2 Sm

1,22

3,22,3

)1(

m

2,2,2,2)2(

m

L

L2

25 Er ≈ 120 kHz

25 Er ≈ 120 kHz

12 Er ≈ 80 kHz

Taux de relaxation dipolaire au dessus du seuil

La température et la population dans v = 1 permettent de remonter à l’énergie cinétique fournie au système par relaxation dipolaire.

On calcule les couplages et taux théoriques (règle d’or de Fermi):

1319,2 10 . 2 smth 1320

exp,2 10 . 6,4 sm

Suppression de la relaxation dipolaire sous le seuil

Complète suppression de la relaxation dipolaire sous le seuil

Contrôle de ce facteur de perte

Possibilité de faire de la physique des spinors.

Taux

de

rela

xatio

n di

pola

ire

0.01

0.1

1

10

7 8 90.01

2 3 4 5 6 7 8 90.1

Magnetic field (G)

2D

3 D

1 D

Importance de la géométrie sous le seuil L’annulation de la relaxation dipolaire est très dépendante de :

L’angle entre le champ B et l’axe des tubes

La symétrie des réseaux optiques (profondeurs égales)

Si on ne respecte pas ces conditions : Ouverture de nouveaux canaux de relaxation dipolaires, jusque là bloqués pour des raisons de symétrie.

0 lS mm

1Sm 2

2( 2)B L

L

g B E E lma

Au dessus du seuil:

Production de vortex dans chacun des sites du réseau (effet Einstein de Haas). Mais problème d’effet tunnel trop important (augmenter la profondeur des réseaux?).

Sous le seuil:

L’état Zeeman de plus haute énergie devient métastable pour un gaz dégénéré 1D.

Intérêt pour la physique des spinors.

L

a

Explication de la suppression sous le seuil Cette suppression existe sous un seuil fixé par les réseaux : LBJ Bg

Elle est très sensible à la géométrie.

Cette suppression (presque) totale de la relaxation dipolaire est une conséquence de la conservation du moment angulaire:

Conclusion (enfin) Etude de la relaxation dipolaire en dimensions réduites.

Observation d’un seuil de champ magnétique, donné par la profondeur des réseaux optiques.

Sous le seuil, la relaxation dipolaire est complètement supprimée.

La conservation du moment angulaire permet la création de vortex mais qui ne survivent pas assez longtemps.

On a donné une explication et une valeur théorique au taux de relaxation dipolaire observé au dessus du seuil.

En cours :

Physique des spinors - Dépolarisation spontanée à champ nul, due à l’interaction dipôle dipôle.

Time (ms)

Popu

latio

n

m S

Pasquiou et al, to be published in PRL

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-0.10

-0.05

0.00

0.05

4003002001000

5004003002001000

500

400

300

200

100

0

3 2 1 0 -1 -2 -3

2 1 0 -1 -2 -3

Merci de votre attention

Et maintenant,

tous au pot!!!

Différences entre les 2 canaux de relaxation

1,22

3,22,3

)1(

m 1v

1v 2v2,2,2,2)2(

m

Or on créée des vortex, non sujets à cette désexcitation.

Chauffage : désexcitation collisionnelle avec du v=0

Mais les vortex sont immédiatement détruits par un effet tunnel trop important (réseaux pas assez profonds).

On observe du v = 1 car il ne peuvent se désexciter avec du v = 0

NB : Double gaussienne au lieu d’une, car pas de thermalisation => probable effet d’intégrabilité d’un système 1D

On peut observer ≈ séparément ≈ les effets des deux canaux de relaxation dipolaire, suivant qu’ils sortent dans v=1 ou v=2.

Taux de relaxation dipolaire

La température et la population dans v = 1 permet de remonter à l’énergie cinétique fournie au système par relaxation dipolaire.

On calcule les couplages théoriques

Juste au dessus du seuil, le canal 2 domine et donne un taux de relaxation dipolaire :

De plus, la largeur du seuil mesuré correspond bien à la valeur de la 2nd bande vibrationnelle du réseau.

1319,2 10 . 2 smth 1320

exp,2 10 . 6,4 sm