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
-0.15
-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