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Dissertations / Theses on the topic 'Atomes dipolaires'

Author: Grafiati
Published: 7 September 2024

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1

Schlosser, Nicolas. "Etude et réalisation de micro-pièges dipolaires optiques pour atomes neutres." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001195.

Full text
Abstract:
Les atomes neutres piégés sont des candidats potentiels pour
l'implémentation de portes logiques quantiques. Dans ce contexte, cette étude
porte sur la réalisation d'un piège dipolaire optique de si petite taille qu'il
ne puisse contenir qu'un atome unique. Pour cela, il est nécessaire de
focaliser très fortement un laser à l'endroit où l'on désire capturer les
atomes. L'expérience s'articule donc autour d'un objectif de microscope de
grande ouverture numérique, entièrement conçu et réalisé au laboratoire. Cette
optique est utilisée pour faire focaliser un laser au centre d'un piège
magnéto-optique, réservoir d'atomes froids alimentant le piège dipolaire ainsi
créé.

Le dispositif d'observation des atomes piégés est basé sur le même objectif,
qui collecte, avec une grande efficacité, la fluorescence des atomes piégés et
en fait l'image sur une caméra CCD ou une photodiode à avalanche. La résolution
spatiale du dispositif utilisant la caméra permet d'obtenir une image des
atomes capturés, alors que l'on utilise la rapidité de la photodiode à
avalanche pour les études de la dynamique du piège avec une bonne résolution
temporelle.

Après une description détaillée de ce dispositif expérimental, nous montrons
qu'il est possible de réaliser des micro-pièges dipolaires optiques, de
quelques microns cube et contenant une dizaine d'atomes. L'étude de la
dynamique de chargement et de la durée de vie de ces pièges révèle également la
présence de processus de collisions à deux corps. Nous montrons ensuite qu'en
diminuant le taux de chargement il est possible d'observer, en temps réel, un
atome unique piégé pendant quelques secondes. Dans ce régime, un processus de
"blocage collisionnel" limite ce nombre d'atome à un. Pour finir, nous
décrirons la mise en place d'un double piège dipolaire, dans lequel on peut
piéger un atome unique dans chaque site. Ce dispositif ouvre la voie vers
l'étude de l'interaction entre atomes piégés individuellement.
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2

Bouazza, Chayma. "Gaz de dysprosium ultrafroid dans des pièges dipolaires optiques : contrôle des interactions entre atomes fortement magnétiques." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE012/document.

Full text
Abstract:
Dans le cadre de cette thèse, j’ai étudié le refroidissement et le piégeage d’un gaz d’atomes de dysprosium dans des potentiels lumineux. Cet atome lanthanide possède dans son état électronique fondamental un moment magnétique très élevé, permettant l’exploration du domaine des gaz dipolaires ultrafroids. Ce caractère dipolaire enrichit la gamme des phénomènes physiques réalisés expérimentalement, en tirant avantage de la nature anisotrope et à longue-portée de l’interaction entre dipôles magnétiques. De plus, grâce à sa structure électronique riche, le Dysprosium offre la possibilité de créer un fort couplage entre le spin atomique et des champs lumineux, tout en gardant un taux de chauffage faible par rapport au cas usuel des atomes alcalins. Ceci ouvre la voie vers l’implémentation de champs de jauge artificiels, qui suscitent un vif intérêt dans le domaine des atomes froids dans un contexte de simulation quantique. Ce travail de thèse consiste en l’étude des mécanismes d’interactions dans un gaz de Dysprosium ultrafroid, allant des collisions assistées par la lumière à la relaxation dipolaire en passant par le refroidissement par évaporation. J’expose également la réalisation expérimentale d’un champ magnétique effectif en utilisant un déplacement lumineux dépendant du spin, permettant de contrôler optiquement la force des interactions atomiques au moyen d’une résonance de Feshbach
In this thesis, I present the study of the laser trapping and cooling of a Dysprosium atomic gas. This latter belong to the lanthanide family, it exhibits a large angular momentum in its electronic ground state, making it a suitable candidate for investigating dipolar quantum gases. These systems present a major interest as they can lead to the observation of novel quantum phenomena thanks to the anisotropic and long-range character of the interaction between magnetic dipoles. Moreover, Dysprosium has a rich electronic structure offering the possibility to implement strong light-spin coupling with a reduced heating with respect to alkali species, which paves the way toward the realization of synthetic gauge fields.In this work, I present the experimental investigation of different interaction mechanisms occurring in an ultracold gas of Dysprosium, ranging from light-assisted collisions to dipolar relaxation and evaporative cooling. I expose also the experimental realization of an effective magnetic field, using spin-dependent light-shift, allowing optical control over atomic interactions by means of Feshbach resonances
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3

Houde, Olivier. "Réalisation d'éléments d'optique atomique : études d'un guide, d'une lame séparatrice dipolaire et d'un miroir concave magnétique." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112229.

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Abstract:
L'objet de cette thèse est la réalisation d'éléments d'optique atomique. Nous avons développé et étudié trois éléments: un guide dipolaire, une lame séparatrice dipolaire et un miroir concave magnétique. Ces éléments ont été caractérisés en étudiant leur influence sur un nuage d'atomes froids de 87Rb en propagation sous l'effet de la gravité. Les atomes froids sont produits à l'aide d'un piège magnéto-optique. Le guide à atomes repose sur l'utilisation de la force dipolaire crée par un faisceau laser de mode TEM_00, orienté verticalement et très éloigné vers le rouge de toute résonance atomique. L'interaction dipolaire créée un puits de potentiel de profondeur finie qui confine transversalement une partie des atomes au cours de leur propagation, les empêchant de s'étendre sous l'effet de leur température. Nous avons ainsi guidé 15% des atomes sur une distance de 30 cm. La lame séparatrice utilise la force dipolaire créée par deux guides dipolaires croisés. Le premier est orienté verticalement et le second suivant une direction oblique d'angle 0,12 rad. Les atomes sont, dans un premier temps, guidés par le guide vertical sur une hauteur de 4 mm. A cette altitude, le guide oblique est allumé. Dans la zone de recouvrement des deux guides, le nuage d'atomes est scindé en deux. A la sortie de la lame, on obtient deux nuages atomiques séparés d'environ 1 mm. L'efficacité de transfert d'un bras à l'autre est de l'ordre de 40%. Le miroir concave magnétique utilise l'effet Stem et Gerlach. Les atomes préalablement accélérés par la gravité rebondissent lorsque l'on allume le gradient de champ magnétique créé par une paire de bobines en configuration anti-Helmholtz. Le puits de potentiel auquel sont soumis les atomes crée une cavité dans laquelle le nuage oscille et subit une succession de focalisations et de défocalisations. Nous avons ainsi pu observer deux rebonds et plusieurs focalisations
The topic of this work deals with the realization of atom optic elements. We have developed and studied three elements: a dipole guide, a dipole beam-splitter and a magnetic concave mirror. These elements have been analysed by studying their influence on a 87Rb cold atoms cloud in propagation due to gravity. Cold atoms are produced in a magneto-optical trap. The atomic guide uses the dipole force created by a far red-detuned, vertically directed, TEM_00 laser beam. The dipole interaction leads to a potential well with finite depth, which transversally confine a large part of the atoms during their propagation. The guiding atoms do not expand due to their temperature. We have guided 15% of the atoms over a 30 cm distance. The beam-splitter uses the dipole force created by two crossed dipole guides, the first one along the vertical direction and the second one along an oblique direction at an angle of 0. 12 rad from the vertical. The atoms are first guided by the vertical guide along a 4 mm distance. Then the oblique guide is switched on. In the overlap region of the two crossing guides, the initial cloud is split. At the beam-splitter output, we obtain two clouds separated from about 1 mm. The splitter efficiency is about 40%. The magnetic concave mirror uses the Stern and Gerlach effect. After a 2 mm fall in the gravity field, the atoms are submitted to a magnetic field gradient created by two coils in the anti-Helmholtz configuration. This magnetic field induces cloud bounces because it creates a potential well in which the cloud oscillates and undergoes transverse focalisations. We have observed two bounces and multiple focalisations
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Fossez, Kévin. "Réactions de capture radiative et spectroscopie d'anions multipolaires dans le cadre du Gamow Shell Model." Caen, 2014. http://www.theses.fr/2014CAEN2018.

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Abstract:
Les systèmes quantiques ouverts, dont les propriétés sont profondément affectées par l'environnement, sont étudiés dans divers domaines de la physique : physique nucléaire, physique atomique et moléculaire, optique quantique, etc. Ces systèmes à N-corps, en dépit de leur particularités, possèdent des propriétés génériques qui sont communes à tous les systèmes liés et non-liés près du seuil. Le couplage au continuum est essentiel pour décrire les réactions nucléaires à basse énergie d'intérêt astrophysique, la formation des états à halo dans les noyaux, les agrégats moléculaires et les anions dipolaires, ou encore les corrélations à deux neutrons ou de particule alpha proche du seuil (clustering). Récemment, l'extension du modèle en couche nucléaire aux systèmes quantiques ouverts, le Gamow Shell Model (GSM), basé sur l'utilisation de la base de Berggren, a été appliquée avec succès à la description du spectre résonant de différents noyaux atomiques. La formulation du GSM dans la représentation des canaux-couplés (GSM-CC) permet de décrire diverses réactions nucléaires à basse énergies. Dans le présent manuscript, le GSM-CC est formulé pour la description des réactions de capture radiative d'un proton ou d'un neutron d'intér\^et astrophysique et appliqué aux réactions : 17F ( p , gamma ) 18Ne, 7Be ( p , gamma ) 8B et 7Li ( n , gamma ) 8Li. De plus, pour la première fois, le GSM a été appliqué en physique atomique à la description des spectres d'anions dipolaires. Une étude systématique du cyanure d'hydrogène (HCN-) a permis l'identification de bandes d'états collectives à la fois dans le régime de fort couplage, pour les états à halo faiblement liés, et dans le régime de faible couplage au dessus du seuil de dissociation. Dans le régime de fort couplage, une bande rotationnelle K_J = 0 de l'anion a été trouvée. Au dessus du seuil, le nombre quantique K_J n'est pas conservé
Small open quantum systems, whose properties are profoundly affected by the environment of continuum states, are intensely studied in various fields of Physics: nuclear physics, atomic and molecular physics, quantum optics, etc. These different many-body systems, in spite of their specific features, have generic properties which are common to all weakly bound or unbound systems close to the threshold. Coupling to the continuum is essential to describe the low-energy nuclear reactions of astrophysical interest, the formation of halo states in nuclei, atomic clusters and dipolar anions, or the near-threshold two neutron and alpha particle correlations (clustering). Recently, the open quantum system extension of the nuclear shell model, the Gamow shell model (GSM), based on the Berggren ensemble, has been applied successfully for the description of resonant states spectra in atomic nuclei. The coupled-channel formulation of the GSM (GSM-CC) allows to describe various low-energy nuclear reactions. In this work, the GSM-CC is formulated and applied for the description of proton/neutron radiative capture reactions of astrophysical interest, such as: 17F ( p , gamma ) 18Ne, 7Be ( p , gamma ) 8B and 7Li ( n , gamma ) 8Li. Moreover, for the first time, the GSM has been applied in atomic physics for the description of spectra of dipolar anions. Systematic investigation of the hydrogen cyanide dipolar anion (HCN-) allowed to identify the collective bands of states both in the strong coupling regime, for weakly bound halo states, and in the weak coupling regime above the dissociation threshold. In the strong coupling regime, K_J = 0 anion a rotational band has been found. Above the threshold, K_J quantum number is not conserved. Resonances in this regime form rotational bands according to the angular momentum of the rotating molecule, whereas the bandhead energies and the lifetimes depend predominantly on the external electron wave function
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Trifa, Youssef. "Dynamiques de corrélations et d'intrication dans des gaz d'atomes froids." Electronic Thesis or Diss., Lyon, École normale supérieure, 2024. http://www.theses.fr/2024ENSL0018.

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Abstract:
Le problème quantique à N corps, notamment l’étude des propriétés dynamiques d’un système quantique composite est l’un des problèmes les plus durs de la physique moderne, car il y a peu de résultats analytiques et les méthodes numériques exactes requièrent des ressources numériques exponentielles en la taille du système. Dans cette thèse, nous avons étudié la mise en évidence de propriétés de corrélations et d’intrication pour des systèmes d’atomes magnétiques sur réseau, par exemple via la compression de spin. Pour cela nous avons mis au point de nouvelles méthodes numériques approchées, qui permettent de simuler des systèmes de grande taille. Cela nous a permis de proposer des protocoles qui permettent de générer de la compression de spin qui croit d’autant plus que le système est grand, ce qui a un double intérêt. D’une part, il s’agit d’un témoin d’intrication, qui permettrait donc de détecter de l’intrication dans un système d’atomes magnétiques, ce qui n’a pas encore été réalisée expérimentalement à ce jour. D’autre part la compression de spin présente un important intérêt métrologique, puisque les états comprimés permettent des mesures extrêmement précises de champs magnétiques par exemple, bien au-delà de ce qui est possible avec des atomes indépendants. Enfin, nous avons étudié la génération d’autres formes d'intrication, à savoir la compression à deux modes (de spin, ou d'impulsion), cette fois pour des systèmes d’atomes condensés. Connue dans le cas de condensats d’atomes de spin-1, nous avons proposé comment généraliser ce processus au cas de compression en impulsion, en utilisant un Hamiltonien modulé dans le temps. Les états intriqués ainsi produits sont potentiellement très intéressants dans la mesure à haute précision de forces inertielles
The quantum many-body problem, and especially the study of dynamical properties of a multipartite quantum system, is one of the hardest problems of modern physics. There exist only a few analytical results and exact numerical simulations require an amount of resources that grow exponentially with the system size.In this thesis, we studied correlations and entanglement properties for systems composed of magnetic atoms on a lattice, for instance via the generation of spin squeezing. For this purpose we have developed new approximate numerical methods that allow us to study large system sizes. This enabled us to propose protocols to generate an amount of spin squeezing that scales with the system size. The advantage is twofold. Since spin squeezing is an entanglement witness, this would allow for entanglement detection in a system of magnetic atoms - which has yet to be realized experimentally. Moreover, spin squeezing offers an important metrological advantage, asspin-squeezed states can be used for extremely precise measurements of external magnetic fields, far beyond what one can achieve within dependent atoms.Finally, we studied the generation of other forms of entanglement, namely Dicke squeezing (of spin or momentum), in systems of Bose condensed atoms. This form of entanglement is well-known in spin-1 atomic condensates. Here, we propose a protocol to generalize it to the case of momentum modes, using a time-dependent Hamiltonian. The entangled states generated during the dynamics are potentially useful for the precision measurements of inertial forces
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Celistrino, Teixeira Raul. "Effets mécaniques de l'interaction dipolaire des atomes de Rydberg sondés par spectroscopie microonde." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066224/document.

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Abstract:
Les énergies typiques de l’interaction dipolaire entre atomes de Rydberg sont plusieurs ordres de grandeur au-dessus des énergies d’interaction d’atomes et molécules dans le niveau fondamental. Une échelle de distance de plusieurs micromètres découle de cette interaction, ce qui est à l’origine du phénomène de blocage dipolaire, ou la suppression d’excitations d’atomes de Rydberg dans des nuages atomiques denses. Dans une première partie de cette thèse, nous étudions l’application de ce phénomène à l’excitation déterministe d’un atome unique à partir d’un condensat de Bose-Einstein piégé magnétiquement devant une puce à atomes. Une deuxième partie est consacrée à l’étude de l’interaction dipolaire d’ensembles denses d’atomes de Rydberg par spectroscopie microonde des transitions vers les niveaux de Rydberg proches en énergie. Ces ensembles sont créés par excitation laser à partir d’un nuage froid d’atomes de Rb87 dans l’état fondamental. Les spectres des transitions microonde sont élargis et déplacés par l’interaction dipolaire. L’étude de ces spectres permet ainsi d’inférer plusieurs aspects de la distribution spatiale des atomes de Rydberg créés, ce qui révèle différents processus d’excitation selon que la lumière laser est à résonance ou désaccordée. L’évolution mécanique du nuage d’atomes de Rydberg en fonction de leur interaction répulsive a aussi été observée, grâce à une série de spectres microonde à différents délais de l’excitation. Nous montrons ainsi que, pour des échelles temporelles supérieures à 10µs, leur mouvement doit être pris en compte pour la compréhension de la dynamique d’excitation de Rydberg dans des nuages atomiques denses
The typical energy scales that arise from dipolar interaction between Rydberg atoms are orders of magnitude bigger than those related to the interaction between atoms and molecules at the ground level. A length scale of several micrometres stems from that strong interaction, which is the cause of the so-called dipole blockade effect, or the suppression of excitation of Rydberg atoms within dense atomic clouds. In the first part of this thesis, we study the possibility of using this effect to the deterministic excitation of a single atom within a Bose-Einstein condensate in a magnetic trap created on an atom chip. In a second part, we study the dipolar interaction of Rydberg atoms in dense ensembles, through microwave spectroscopy of transitions between Rydberg levels close in energy. These ensembles are created by laser excitation of Rb87 atoms initially in the ground level, trapped in a dense, cold cloud. The spectra of the microwave transitions are broadened and shifted, due to dipolar interaction. The study of these spectra then allows to infer several aspects of the spatial distribution of the Rydberg atoms, which reveals different excitation processes depending whether the laser light is in resonance or shifted with respect to the Rydberg transition. The mechanical evolution of the Rydberg atom cloud as a function of their mutual repulsive interaction was also observed, by performing microwave spectroscopy at different delays from the laser excitation. By these observations we show that, for time scales bigger than 10µs, their movement must be taken into account if one wants to understand the dynamics of the Rydberg excitation in dense atomic clouds
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Cantat-Moltrecht, Tigrane. "Atomes de Rydberg en interaction : des nuages denses d'atomes de Rydberg à la simulation quantique avec des atomes circulaires." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE001/document.

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Abstract:
Les systèmes quantiques à N corps en interaction sont au cœur des problèmes actuels de la recherche en physique quantique. La compréhension de tels systèmes est un enjeu crucial pour le développement des connaissances en physique de la matière condensée. De nombreux efforts de recherche visent à la construction d'un « simulateur quantique » : une plateforme permettant de modéliser, grâce à un système quantique bien contrôlé, un système quantique dont l'accès expérimental est difficile. Les fortes interactions dipolaires entre atomes de Rydberg représentent un objet d'étude choix pour ce type de problème. Nous présentons dans le présent manuscrit une étude des conditions d'excitation d'un nuage dense d'atomes de Rydberg en interaction, permise par le dispositif expérimental dont nous disposons, qui mêle les techniques de piégeage et de refroidissement d’atomes sur puce avec les techniques de manipulation des niveaux de Rydberg. Les résultats de cette étude nous permettent de formuler une proposition expérimentale complète de développement d'un simulateur quantique fondé sur le piégeage d'atomes de Rydberg circulaires. Le simulateur que nous proposons est très prometteur, grâce à sa flexibilité et aux longs temps de simulation qu’il permettrait. Nous terminons ce manuscrit par la description détaillée de la première étape sur le chemin vers ce simulateur : l'excitation d’atomes de Rydberg circulaires sur puce
Interacting many-body quantum systems are at the heart of contemporary research in quantum physics. The understanding of such systems is crucial to the development of condensed-matter physics. Many research efforts aim at building a "quantum simulator": a platform which allows to model a hard-to-access quantum system with a more controllable one. Ensembles of Rydberg atoms, thanks to their strong dipolar interactions, make for an excellent system to study many-body quantum physics. We present here a study of the excitation of a dense cloud of interacting Rydberg atoms. This study was conducted on an experimental setup mixing on-chip cold atoms techniques with Rydberg atoms manipulation techniques. The result of this study leads us to make a full-fledged proposal for the realisation of a quantum simulator, based on trapped circular Rydberg atoms. The proposed simulator is particularly promising due to its flexibility and to the long simulation times for which it would allow. We conclude this manuscript with a detailed description of the first experimental step towards building such a simulator: the on-chip excitation of circular Rydberg atoms
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Nguyen, Thanh Long. "Study of dipole-dipole interaction between Rydberg atoms : toward quantum simulation with Rydberg atoms." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066695/document.

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Abstract:
La simulation quantique offre un moyen très prometteur pour comprendre les systèmes quantiques corrélés macroscopiques. De nombreuses plateformes expérimentales sont en cours d'élaboration. Les atomes de Rydberg sont particulièrement intéressants grâce à leur forte interaction dipolaire de cours portée. Dans notre manip, nous préparons et manipulons des ensembles d'atomes de Rydberg excités à partir d'un nuage atomique ultra-froid piégé magnétiquement sur une puce à atome supraconductrice. La dynamique de l'excitation est contrôlée par le processus d'excitation du laser. Le spectre d'énergie d'interaction atomique des N corps est mesuré directment par spectroscopie micro-onde. Dans cette thèse, nous développons un modèle Monte Carlo rigoureux qui nous éclaire sur le processus d'excitation. En utilisant ce modèle, nous discutons de la possibilité de réaliser des simulations quantiques du transport d'énergie sur une chaîne 1D d'atomes de Rydberg de faible moment angulaire. De plus, nous proposons une plateforme innovante pour la réalisation de simulations quantiques. Elle repose sur une approche révolutionnaire basée sur un ensemble d'atomes de Rydberg dont le temps de vie est extrêmement long, qui interagissent fortement et qui sont piégés par laser. Nous présentons les résultats de simulations numériques et nous discutons du large éventail de problèmes qui peuvent être traités avec le modèle proposé
Quantum simulation offers a highly promising way to understand large correlated quantum systems, and many experimental platforms are now being developed. Rydberg atoms are especially appealing thanks to their strong and short-range dipole-dipole interaction. In our setup, we prepare and manipulate ensembles of Rydberg atoms excited from an ultracold atomic cloud magnetically trapped above a superconducting chip. The dynamics of the Rydberg excitation can be controlled through the laser excitation process. The many-body atomic interaction energy spectrum is then directly measured through microwave spectroscopy. This thesis develops a rigorous Monte Carlo model that provides an insight into the excitation process. Using this model, we discuss a possibility to explore quantum simulations of energy transport in a 1D chain of low angular momentum Rydberg atoms. Furthermore, we propose an innovative platform for quantum simulations. It relies on a groundbreaking approach, based on laser-trapped ensemble of extremely long-lived, strongly interacting circular Rydberg atoms. We present intensive numerical results as well as discuss a wide range of problems that can be addressed with the proposed model
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Perrin, Hélène. "Refroidissement d'atomes de césium confinés dans un piège dipolaire très désaccordé." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003896.

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Abstract:
Dans ce mémoire sont présentées plusieurs méthodes de refroidissement d'atomes de césium confinés dans un piège optique à faible taux de diffusion, le piège dipolaire croisé. Le piège est constitué de deux faisceaux focalisés croisés issus d'un laser Nd:YAG. Les atomes, dans l'un des sous-niveaux hyperfins de l'état fondamental, restent confinés au croisement des foyers pendant une à deux secondes. Les densités accessibles sont élevées 10^12 atomes/cm3 environ). Pour manipuler ces atomes, on utilise la transition Raman stimulée à deux photons entre les états hyperfins. Une nouvelle forme d'impulsion très efficace reposant sur un transfert adiabatique entre ces niveaux a été mise au point au cours de ce travail. Cette impulsion est utilisée dans toutes les expériences de refroidissement décrites dans cette thèse.

Dans une première série d'expériences, on superpose au piège un réseau interférentiel unidimensionnel de pas comparable à la longueur d'onde optique. On peut résoudre la structure vibrationnelle induite avec les transitions Raman. Les atomes sont refroidis dans ce réseau par la méthode du refroidissement par bandes latérales initialement développée pour les ions et appliquée pour la première fois ici aux atomes neutres. On prépare ainsi un échantillon d'atomes froids avec 90% des atomes dans le niveau fondamental du réseau.

Cette thèse présente également les résultats obtenus sur les atomes piégés par refroidissement Raman. Cette technique, très efficace à une dimension sur les atomes libres, est étendue à trois dimensions sur des atomes piégés, polarisés ou non. On a développé ici une méthode permettant simultanément de polariser et de refroidir les atomes en utilisant la transition Raman. On obtient des températures de l'ordre de 2 µK avec des densités atomiques de l'ordre de 10^12 atomes/cm3, ce qui représente un gain de trois à quatre ordres de grandeur par rapport à un piège magnéto-optique. On montre que la limite atteinte est due à la réabsorption par les atomes refroidis de photons résonnants issus du repompage. En réduisant volontairement la densité atomique, on limite la réabsorption, ce qui permet d'atteindre des températures encore plus basses (680 nK).
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Dreon, Davide. "Designing and building an ultracold Dysprosium experiment : a new framework for light-spin interaction." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEE036/document.

Full text
Abstract:
Dans ce travail de thèse, je présente la construction d’une nouvelle expérience pour la production de gaz ultra froids de dysprosium. En tirant parti de la structure électronique à couche incomplète de ces atomes, nous visons à la réalisation de champs de jauge synthétiques, qui pourront conduire à l’observation de nouvelles phases (topologiques) de la matière. Le couplage du spin atomique avec le champ lumineux, plus efficace que pour des atomes alcalins, permettra d’atteindre des régimes d’interactions fortes qui restent, jusqu’à présent, hors de portée expérimentale. J’adapte des protocoles existants pour la réalisation de champs de jauge dans le cas de Dysprosium, en tenant compte de son grand spin électronique (J = 8 dans l’état fondamental). En outre, le dysprosium a le plus grand moment magnétique parmi les éléments stables, et il est donc le meilleur candidat pour l’étude des gaz dipolaires. Je détaille le dispositif expérimental que nous avons construit et comment nous effectuons le piégeage et le refroidissement du dysprosium. Nous étudions en détail le comportement du piège magnéto-optique, qui est réalisé sur la transition d’intercombinaison ¹S₀ ↔ ³P₁. La raie étroite et le grand spin rendent l’opération du piège très complexe. Néanmoins, je montre que sa compréhension devient assez simple dans le régime où le nuage se polarise spontanément en conséquence de la combinaison des forces optiques et gravitationnelles. Enfin, je décris les dernières étapes du transport optique et de l’évaporation, ce qui conduira à la production d’un gaz dégénéré
In this thesis I present the construction of a new experiment producing ultra cold gases of Dysprosium. Using the favourable electronic structure of open-shell lanthanide atoms, we aim at the realisation of laser-induced synthetic gauge fields, which could lead to the observation of novel (topological) phases of matter. The coupling of the atomic spin with the light field, improved with respect to alkali atoms, opens the possibility to explore strongly interacting regimes that were up to now out of experimental reach. I adapt existing protocols for the implementation of gauge fields to the case of Dysprosium, taking into account its large electronic spin (J = 8 in the ground state). Moreover, Dysprosium has the largest magnetic moment among the stable elements, and is the best candidate for the study of dipolar gases. I describe the experimental setup that we built and how we perform the trapping and cooling of Dysprosium. We study in detail the behaviour of the magneto-optical trap, which is performed on the ¹S₀ ↔ ³P₁ intercombination line. The narrow linewidth and the large spin make the trap operation quite challenging. Nevertheless, I show that its understanding becomes quite simple in the regime where the cloud spontaneously polarises due to the interplay of optical and gravitational forces. Finally, I describe the last steps of optical transport and evaporation, which will lead to the production of a degenerate gas
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Clément, Jean-François. "Réalisation d'un condensat de Bose-Einstein dans un piège dipolaire optique à 1565 nm." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343970.

Full text
Abstract:
Cette thèse présente la réalisation d'un dispositif expérimental permettant l'obtention d'un condensat de Bose-Einstein de 87Rb. Pour atteindre la dégénérescence quantique, nous utilisons un piège dipolaire optique à 1565 nm. L'aspect inédit de ce travail de thèse réside dans l'utilisation de cette longueur d'onde pour réaliser un condensat de Bose-Einstein par une approche tout-optique. Une nouvelle méthode d'imagerie in situ basée sur les déplacements lumineux induits par la source à 1565 nm sur les niveaux d'énergies du 87Rb , semblable à une tomographie, a été mise en place. Elle nous permet de cartographier le potentiel dipolaire optique ainsi que d'observer la distribution atomique en énergie potentielle lors de la thermalisation du nuage d'atomes froids dans le piège optique. Notre compréhension des déplacements lumineux induits par le piège dipolaire optique sur l'atome de 87Rb a permis d'adapter la géométrie du piège pour charger suffisamment d'atomes, afin d'amorcer un refroidissement évaporatif, dernière étape vers la dégénérescence quantique. Un condensat de Bose-Einstein a finalement été produit après environ 4 secondes d'évaporation. Nous obtenons typiquement 50 000 atomes à 80 nK au terme du cycle de l'expérience.
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Stern, Guillaume. "Stratégies pour le chargement d’un piège dipolaire d’atomes froids de césium et le refroidissement évaporatif." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112077.

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Abstract:
L’atome de césium n’a pu être condensé qu’en 2002. Il fallut recourir à un piège dipolaire pour pouvoir piéger les atomes dans leur état fondamental, dans lequel les processus de collisions à deux corps sont supprimés. Notre stratégie, pour parvenir à amener des atomes de césium au seuil de dégénérescence quantique, consistait à charger un piège dipolaire très confinant à partir d’un piège magnétique. Après coupure de ce dernier, le piège dipolaire obtenu, « chaud » mais dense, permettrait un refroidissement évaporatif rapide tout en limitant les recombinaisons à trois corps. Des simulations des processus de chargement et d’évaporation prenant en compte différents phénomènes ont été développées. Elles font apparaître différents schémas pouvant mener à la condensation en un temps de l’ordre de la seconde avec quelques dizaines de milliers d’atomes. Le dispositif expérimental existant précédemment a donc été adapté à cette nouvelle stratégie. Les principales modifications ont été l’amélioration du système de vide et de la méthode de transfert par faisceau pousseur, et la mise en place d’un piège dipolaire simple ou croisé. Les performances du chargement d’un piège simple par piège magnétique ont été comparées à celles obtenues à partir d’un chargement par mélasse. Elles s’avèrent meilleures et le modèle développé permet une description correcte des résultats obtenus. Dans le cas d’un piège dipolaire croisé, les résultats sont en revanche en deçà de nos prévisions. Un chargement par MOT comprimé donne des résultats similaires, et c’est à partir d’un chargement par mélasse que les conditions les plus favorables sont atteintes
Cesium atom was condensed for the first time in 2002. A dipolar trap was required to trap the atoms in their fundamental ground state, in which two bodies collisionnal process are suppressed. Our strategy, to reach quantum degeneracy, consists in loading a tight dipolar trap with a magnetic trap. Once the magnetic trap is switched off, the “hot” but dense dipolar trap could allow a very fast evaporative cooling while limiting the three bodies recombinations. Simulations of the loading and evaporation process, taking into account several pertinent phenomena, have been developed. They show different schemes, which could allow us to reach to the condensation in a time of the second order with several tens of thousands atoms. The previous experimental setup has been modified to fit this new strategy. The main changes were the improvements of the vacuum system, and the transfer by using a pushing beam. A simple or crossed dipolar trap has been built. Performances of the loading of a simple dipolar trap with a magnetic trap have been compared with the performances of the loading with an optical molasses. They were better and our model reproduces quite fairly the results we obtained. In the case of a loading of a crossed dipolar trap, the results were much worse what we expected. A loading with a compressed MOT gives similar results, and it’s with a molasses that the loading is the most successful
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Cartarius, Florian. "Phases classiques et quantiques des systèmes dipolaires de basse dimensionnalité." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY049.

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Abstract:
Cette thèse étudie les phases classiques et quantiques des systèmes atomiques ou moléculaires de basse dimension en mettant un accent particulier sur le crossover dimensionnel de une à deux dimensions.La première partie de la thèse est consacrée à la description d'un système d'atomes froids interagissants avec un potentiel de contact. Plus précisément, nous étudions le dé-piégeage dynamique qui, suite à l'extinction rapide d'un réseau optique, s'opère dans un gaz composé de bosons impénétrables dans un guide d'onde atomique linéaire. Nous employons une solution exacte, basée sur une correspondance entre bosons en forte interaction et fermions sans interaction pour déduire l'évolution dynamique quantique exacte. Dans la limite thermodynamique, nous observons l'approche vers un état stationnaire hors équilibre, caractérisé par l'absence d'ordre hors diagonal à longue distance et une visibilité réduite de la distribution en impulsions. Des caractéristiques similaires sont observées dans un système de taille finie pour des temps correspondant à la moitié du temps de récurrence, lors desquels nous observons que le système approche un état quasi-stationnaire auquel le système s'approche avec une dépendance temporelle en loi de puissance.La deuxième partie de la thèse analyse l'effet des interactions dipolaires sur l'état fondamental du système. L'inclusion de l'interaction dipôle-dipôle donne lieu à de nouvelles phases quantiques du système unidimensionnel, mais peut également entraîner une instabilité transverse.Cette instabilité est tout d'abord analysée dans le régime classique. Nous considérons des particules classiques avec interactions dipolaires, confinés sur un anneau par un potentiel harmonique radiale. Les dipôles sont polarisés perpendiculairement au plan de confinement. En diminuant le confinement dans la direction radiale, les particules classique montrent une transition entre une chaîne simple et une chaîne double (en zigzag). Nous montrons que cette transition est faiblement du premier ordre. Nous expliquons que la nature de cette transition est déterminée par le couplage entre les modes d'excitation transversaux et axiaux de la chaîne des dipôles. Ce résultat est très différent du comportement observé dans les systèmes Coulombiens, où la transition entre la chaîne linéaire et la chaîne en zigzag est continue et appartient à la classe d'universalité de la transition ferromagnétique. Nos résultats s'appliquent aux systèmes dipolaires classiques et aux atomes Rydberg, qui peuvent constituer un banc d'essai pour simuler le comportement critique des aimants couplés à des grilles.Dans le régime quantique, nous considérons un système des bosons dipolaires sur un réseaux optique, confinés par un potentiel harmonique anisotrope. Dans le régime favorisant l'instabilité d'une chaîne simple, nous démontrons que le système peut être décrit par un modèle de Bose-Hubbard étendu à plusieurs modes couplés entre eux, dont les coefficients peuvent être déterminés en utilisant une théorie de basse énergie. La méthode d'intégrale de chemin Monte Carlo, la diagonalisation exacte et TEBD sont utilisés pour déterminer l'état fondamental de modèle de Bose-Hubbard étendu et démontrent que ce modèle capture la transition entre la chaîne linéaire et la chaîne en zigzag
In this work, the classical and quantum phases of low-dimensional atomic or molecular systems is studied with a particular focus on the regime where a system goes over from a strictly one-dimensional to a two dimensional system.The first part of the thesis is dedicated to atoms interacting via contact interactions. In particular, we study the dynamical depinning following a sudden turn off of an optical lattice for a gas of impenetrable bosons in a tight atomic waveguide. We use an exact solution, which is based on an equivalence between strongly interacting bosons and noninteraction fermions, in order to derive the exact quantum dynamical evolution. At long times, in the thermodynamic limit, we observe the approach to a nonequilibrium steady state, characterized by the absence of quasi-long-range order and a reduced visibility in the momentum distribution. Similar features are found in a finite-size system at times corresponding to half the revival time, where we find that the system approaches a quasisteady state with a power-law behavior.In the second part, we study the effect of additional dipolar interactions on the ground state of the system. The inclusion of dipole-dipole interaction leads to new quantum phases of the one-dimensional system, but can also lead to a transverse instability.This instability is first analyzed in the classical regime. We study classical particles with dipolar interactions, that are confined on a chain by a harmonic potential. The dipoles are polarised perpendicular to the plane of confinement. Classical particles with repulsive power-law interactions undergo a transition from a single to a double chain (zigzag) by decreasing the confinement in the transverse direction. We theoretically characterize this transition when the particles are classical dipoles, polarized perpendicularly to the plane in which the motion occurs, and argue that this transition is of first order, even though weakly. The nature of the transition is determined by the coupling between transverse and axial modes of the chain and contrasts with the behavior found in Coulomb systems, where the linear-zigzag transition is continuous and belongs to the universality class of the ferromagnetic transition. Our results hold for classical dipolar systems and Rydberg atoms, which can offer a test bed for simulating the critical behavior of magnets with lattice coupling.In the quantum regime, we consider dipolar bosons in an optical lattice, tightly confined by an anisotropic harmonic potential. In the regime where a single chain becomes unstable, we show that the system can be mapped onto an extended multi-mode Bose-Hubbard model, where the coefficients can be determined by means of a low energy theory. A path integral Monte Carlo method, exact diagonalization and TEBD are used to determine the ground state of the extended Bose-Hubbard models. and show that the model captures the linear to zigzag transition
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Chung, Brice. "Régime fortement corrélé dans des atomes ultra froids en rotation." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112157.

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Abstract:
Les gaz d’atomes ultra froids font état d’une recherche particulièrement active. Un grand nombre de ces systèmes atomiques ont des correspondances avec des systèmes électroniques de matière condensée. Le cas des gaz soumis à une rotation rapide en fait partie car dans une certaine limite, la physique y est analogue à celle de l’effet Hall quantique. Dans ce manuscrit nous analysons le régime fortement corrélé atteint en rotation rapide. Toute la richesse de la physique de l’effet Hall quantique s’y retrouve mêlée aux particularités des systèmes atomiques (interactions modulables, statistiques bosonique et fermionique, etc. ). En particulier, nous montrons la formation d’une mer de Fermi alors que le gaz sous jacent est un gaz de bosons dipolaires. Le cas d’une instabilité à la formation de paires de Cooper (état de Moore-Read) y est aussi discuté. Nous analysons les corrélations sur la géométrie sphérique par l’intermédiaire des corrélations densité-densité. Enfin, nous abordons, par le formalisme Hamiltonien de R. Shankar et G. Murthy, le calcul de gaps à la fraction principale nu=1/2 pour des interactions dipolaires et discutons de résultats contradictoires
Research in quantum gases is particularly active. Many of these atomic systems correspond to those coming from condensed matter physics. It is the case for rapidly rotating quantum gases which in some limit, is analogous to that of the quantum Hall effect. In this thesis, we analyze the strongly correlated regime reached in rapid rotation. The richness of the quantum Hall physics is combined to the peculiarities of cold atomic gases (tunable interactions, bosonic and fermionic statistics, etc. ). In particular, we show the formation of a Fermi sea out of a bosonic gas in dipolar interaction. The case of its instability by formation of Cooper pairs is discussed (Moore-Read state). Correlations on spherical geometry by use of density-density correlations are being analyzed. Finally, we address by the Hamiltonian formalism developed by R. Shankar and G. Murthy, the gap calculation at the principal fraction nu=1/2 for bosons with dipolar interactions and discuss about contradicting results
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Reymond, Georges-Olivier. "Etudes expérimentales d'atomes dans un piège dipolaire microscopique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002178.

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Abstract:
Les atomes sont des candidats intéressants pour l'information quantique, car leur neutralitée électrique devrait leur assurer un long temps de cohérence. Afin de pouvoir les manipuler un par un, nous avons choisi de les placer dans un piège dipolaire microscopique. Une analyse détaillée du nombre d'atomes piégés montre que celui-ci peut être compris entre 1 et 30, avec un réegime préférentiel de travail dans lequel les collisions inélastiques le limitent à un. Il est également possible de placer deux pièges dipolaires côte à côte, et donc de disposer de deux atomes, à quelques microns de distance. Dans le but d'intriquer ces deux atomes, il est important de connaître l'amplitude du mouvement des atomes piégés. Celle-ci se caractérise avec le paramètre de Lamb-Dicke, paramètre qui dépend des fréquences d'oscillation du potentiel dipolaire, mais aussi de la température des atomes. Ces deux grandeurs ont été mesurées expérimentalement, et montrent que le confinement est actuellement insuffisant. Il est donc nécessaire de refroidir les atomes davantage. Un autre champ d'investigation de cette expérience concerne le régime où le nombre d'atomes piégés est de l'ordre d'une trentaine. Nous avons alors démontré la possibilité d'évaporer le nuage atomique, et donc de le refroidir. Il devrait alors être possible d'obtenir des condensats de Bose-Einstein à très petit nombre d'atomes, et en régime de Lamb-Dicke.
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Darquié, Benoît. "MANIPULATION D'ATOMES DANS DES PIÈGES DIPOLAIRES MICROSCOPIQUES ET ÉMISSION CONTRÔLÉE DE PHOTONS PAR UN ATOME UNIQUE." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011604.

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Abstract:
Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes uniques de rubidium 87 dans des pièges dipolaires optiques microscopiques en vue d'applications à l'information quantique. Le dispositif expérimental utilise un objectif de grande ouverture numérique pouvant focaliser un faisceau à la limite de diffraction et collecter efficacement la lumière émise par les atomes.

Nous avons caractérisé la géométrie du potentiel et le mouvement des atomes piégés par des mesures de fréquences d'oscillation et d'énergies moyennes.

Pour prouver que ce système est adapté au traitement quantique de l'information, nous montrons que son extensibilité à grande échelle est envisageable. A l'aide d'un modulateur de phase programmable par ordinateur et à partir d'un seul faisceau laser, nous avons généré holographiquement des réseaux de micro-pièges dipolaires pour atomes uniques, chacun des sites étant adressable individuellement.

En vue de réaliser des portes logiques à deux bits quantiques, nous avons choisi de nous orienter vers leur intrication conditionnelle. Celle-ci passe par le contrôle de l'émission de l'atome à l'échelle du photon unique, obtenue à la suite d'une excitation impulsionnelle. Nous avons conçu une chaîne laser délivrant des impulsions nanosecondes. Elle nous assure un contrôle cohérent de la transition fermée (5S1/2, F = 2, mF = 2) vers (5P3/2, F = 3, mF = 3). Nous avons observé des oscillations de Rabi et des battements quantiques sur des atomes uniques. En ajustant la puissance de la chaîne laser pour réaliser des impulsions pi, on obtient une source déclenchable de photons uniques qui présente un flux de hotons important et un faible taux d'impulsions contenant deux photons.
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Darquié, Benoît. "Manipulation d'atomes dans des pièges dipolaires microscopiques et émission contrôlée de photons par une atome unique." Paris 11, 2005. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00011604.

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Abstract:
Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes uniques de Rb 87 dans des micro-pièges dipolaires optiques en vue d'applications à l'information quantique. Le dispositif expérimental est basé sur un objectif de grande ouverture numérique pouvant focaliser un faisceau à la limite de diffraction et collecter efficacement la lumière émise par les atomes. Nous avons caractérisé la géométrie du potentiel et le mouvement des atomes piégés par des mesures de fréquences d'oscillation, d'énergies moyennes. Pour prouver que ce système est adapté au traitement quantique de l'information, nous montrons que son extensibilité à grande échelle est possible. A l'aide d'un modulateur de phase programmable par ordinateur et à partir d'un seul faisceau laser, nous avons généré holographiquement des réseaux de micro-pièges dipolaires pour atomes uniques, chacun des sites étant adressable individuellement. En vue de réaliser des portes logiques à deux qubits, nous avons choisi de nous orienter vers leur intrication conditionnelle. Celle-ci qui passe par le contrôle de l'émission de l'atome à l'échelle du photon unique, obtenue à la suite d'une excitation impulsionnelle. Nous avons conçu une chaîne laser délivrant des impulsions de durée 4 ns et de puissance crête 1 à 10 W. Elle nous assure un contrôle cohérent de la transition fermée 5S1/2,F=2,mF=±2 vers 5P3/2,F=3,mF=±3. Nous avons observé des oscillations de Rabi et des battements quantiques sur des atomes uniques. En ajustant la puissance de la chaîne laser pour réaliser des impulsions pi, on obtient une source déclenchable de photons uniques qui présente un flux de photons important et un faible taux d'impulsions contenant deux photons
This work deals with the manipulation of single atoms of rubidium 87 in microscopic optical dipole traps, in order to use them for quantum information processing. The experimental setup is based on a high numerical aperture lens which allows us to focus a beam to the diffraction limit and collects the light emitted by the atoms with a high efficiency. We have characterized the geometry of the potential and the movement of the trapped atoms by measuring oscillation frequencies, and mean energies of the atoms. To demonstrate that our setup is well suited to quantum information processing, we prove its scalability. Using a programmable phase modulator and holographic techniques, we have generated, from a single beam, arrays of micro-dipole traps, each of them being optically addressable. In order to realize two qubit logic gates, we have decided to go towards conditional entanglement. This requires the controlled emission of single photons by each of the atoms, which is obtained after a pulsed excitation. We have developed a new laser system delivering pulses of 4 ns every 200 ns, with a peak power from 1 to 10 W. It allows us to drive coherently the closed transition 5S1/2,F=2,mF=±2 to 5P3/2,F=3,mF=±3. We then observed Rabi oscillations and quantum beats with single atoms. By adjusting the power of the laser source to realize pi-pulses, we obtain a triggered single photon source with a high flux of photons and a weak rate of pulses containing two photons
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Rabault, Martin. "Condensation de Bose-Einstein tout-optique en microgravité pour l'interférométrie atomique." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0193/document.

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Abstract:
L’expérience I.C.E a pour objectif de tester le principe d’équivalence faible (WEP) à la base de la théorie de la relativité générale d’Einstein et postulant l’équivalence entre masse inertielle et masse grave. Si ce principe a toujours été vérifié jusqu’à aujourd’hui, il est d’un intérêt fondamental pour la physique moderne de poursuivre les mesures avec une précision accrue. En effet, de nouvelles théories d’unification de la mécanique quantique et de la relativité générale prévoient une violation de ce principe. Pour réaliser un test du WEP, il suffit de comparer les accélérations de deux objets en chute libre dans un même champ de gravitation, et c’est ce que réalise l’expérience I.C.E à l’échelle quantique (à la différence de la mission spatiale Microscope qui à ce jour a pu vérifier le WEP avec des objets macroscopiques avec une sensibilité sur le paramètre de 2.10−14). Ainsi, l’expérience consiste à réaliser, par une méthode interférométrique, la mesure de l’accélération de deux espèces atomiques (87Rb et 39K) de masses et de compositions différentes, en chute libre dans une enceinte à vide. La sensibilité de la mesure des effets inertiels auxquels les atomes sont sensibles (accélérations et rotations) est d’autant plus grande que la durée de chute libre des atomes est élevée et que la température des nuages est faible. Or, sur Terre au laboratoire, les atomes finissent par tomber au fond de l’enceinte les contenant sous l’effet de la gravité, ce qui limite grandement la sensibilité de la mesure. C’est pourquoi il est intéressant de placer l’expérience dans un environnement de micropesanteur dans lequel les atomes restent au centre de la chambre à vide afin d’atteindre des temps d’interrogation beaucoup plus longs. A ce titre, l’expérience est embarquée jusqu’à plusieurs fois par an, à bord de l’avion Zéro-g de la société Novespace. Les durées de micropesanteur proposées permettent d’atteindre des temps d’interrogation théoriques de l’ordre de la seconde ce qui doit porter le niveau de sensibilité à 10−11. Cependant, nous sommes aujourd’hui très fortement limités par le niveau élevé de vibrations et de rotations de l’avion : la perte de contraste des franges d’interférence engendrée ainsi que le bruit de phase introduit, ne nous permettent pas de dépasser des temps d’interrogation de 5 ms en 0 g. En parallèle, le laboratoire s’est récemment doté d’un simulateur de microgravité sur lequel est montée l’expérience, donnant accès à des temps d’interrogation de plus de 200 ms avec des trajectoires paraboliques d’une très bonne répétabilité (de l’ordre de 3 mg). La cohérence d’une source atomique étant directement reliée à sa température, l’utilisation de nuages ultra-froids est d’un grand intérêt pour améliorer le contraste des franges d’interférence, d’autant plus pour les longs temps d’interrogation visés. Le présent manuscrit synthétise les travaux ayant permis de produire le tout premier condensat de Bose-Einstein (la source atomique ultime) de 87Rb en microgravité par une méthode tout optique, et ce, de manière répétable toutes les 13,5 secondes. Nous démontrons l’efficacité de note méthode de chargement du piège dipolaire basée sur l’association d’un refroidissement par mélasse grise et d’une modulation spatiale des faisceaux dipolaires. Ces résultats ouvrent la voie vers de futures mesures interférométriques très sensibles à grand facteur d’échelle
The I.C.E experiment aims at testing the weak equivalence principle (WEP) underlying Einstein’s theory of general relativity and which postulates the equivalence between inertial mass and gravitationnal mass. If this principle has always been verified until today, it is of fundamental interest for physics to continue the measurements with greater precision. Indeed, new unifying theories of quantum mechanics and general relativity predict a violation of this principle. To carry out a test of the WEP, it suffices to compare the accelerations of two objects in free fall in the same gravitationnal field. This is what the I.C.E experiment, on the quantum scale, achieves (unlike the spatial Microscope mission, which to date has been able to verify the principle of equivalence with macroscopic objects with a sensitivity on of 2.10−14). Thus, the experiment consists in performing, by an interferometric method, the measurement of the acceleration of two atomic species (87Rb and 39K) of different mass and composition in free fall in a vacuum chamber. The measurement sensitivity of the inertial effects to which the atoms are sensitive (accelerations and rotations) is all the greater as the free fall time of the atoms is high and their temperature is low. But on Earth, in the laboratory, the atoms eventually fall to the bottom of the vacuum chamber containing them under the effect of gravity, which greatly limits the measurement sensitivity achievable. This is why it is interesting to place the experiment in a microgravity environment in which the atoms stay in the center of the vacuum chamber in order to reach much longer interrogation times. As such, several times a year, the experiment is put aboard the aircraft Zero-g of the Novespace company. The available microgravity durations make it possible to reach theoretical interrogation times of the order of one second, which should raise the sensitivity level to 10−11. However, we are today very strongly limited by the high level of vibrations of the aircraft as well as its rotations : the loss of contrast of the interference fringes and the phase noise caused, do not allow us to exceed 5 ms of interrogation times in 0 g. Since the coherence of an atomic source is directly related to its temperature, the use of ultra-cold clouds is of great interest to improve the contrast of the interference fringes, especially for the long interrogation times targeted. In parallel, the laboratory is now equipped with a microgravity simulator on which is mounted the experiment, giving access to interrogation times of more than 250 ms with parabolic trajectories of a very good repeatability (of the order of 3 mg). This manuscript synthesizes the work that produced the very first 87Rb Bose-Einstein condensate in microgravity by all-optical methods, with a repetition rate of 13,5 seconds. We demonstrate the efficiency of our dipole trap loading method based on the association of a grey molasses cooling and a spatial modulation of the dipole beams. These results pave the way for future highly sensitive interferometric measurements with a large scale factor
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Gouraud, Baptiste. "Optical nanofibers interfacing cold toms. A tool for quantum optics." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066026/document.

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Abstract:
Cette thèse a consisté à mettre en place une nouvelle expérience utilisant des atomes froids en interaction avec la lumière guidée par une nanofibre optique. Nous avons tout d'abord développé un banc de fabrication de nanofibres. En chauffant et étirant une fibre optique commerciale, on obtient un cylindre de silice de 400 nm de diamètre. La lumière guidée dans ces nanofibres est fortement focalisée sur toute la longueur de la fibre et exhibe de forts champs évanescents, ce qui permet d'obtenir une grande profondeur optique avec un faible nombre d'atomes. Après avoir inséré une nanofibre au milieu d'un nuage d'atomes, nous avons observé le phénomène de lumière lente dans les conditions de transparence électromagnétiquement induite. Nous avons aussi stoppé la lumière guidée et mémorisé l'information qu'elle contenait. Nous avons montré que ce protocole de mémoire optique fonctionne pour des impulsions lumineuses contenant moins d'un photon en moyenne. Ce système pourra donc être utilisé comme une mémoire quantique, un outil essentiel pour les futurs réseaux de communication quantique. Enfin, nous avons piégé les atomes dans un réseau optique au voisinage de la nanofibre grâce à de la lumière guidée par celle-ci. Par rapport à notre première série d'expériences, le nuage ainsi obtenu a un temps de vie plus long (25 ms) et interagit plus fortement avec la lumière guidée (OD ~ 100). Ce nouveau système devrait permettre d'implémenter efficacement d'autres protocoles d'optique quantique, comme la génération de photons uniques et l'intrication de deux ensembles atomiques distants
We built a new experiment using cold atoms interacting with the light guided by an optical nanofiber. We first developed a nanofiber manufacturing bench. By heating and stretching a commercial optical fiber, a silica cylinder of 400 nm diameter is obtained. The light guided in these nanofibers is strongly focused over the whole length and exhibits strong evanescent fields. We then prepared a vacuum chamber and the laser system necessary for the manipulation of cold atoms. After inserting a nanofiber amid a cloud of cold atoms, we observed the phenomenon of slow light under the conditions of electromagnetically induced transparency: the light guided by the fiber is slowed down to a speed 3000 times smaller than its usual speed. We also stored the light guided by an optical fiber. After several microseconds, the information stored as a collective atomic excitation could be retrieved in the fiber. We have shown that this optical memory works for light pulses containing less than one photon on average. This system may therefore be used as a quantum memory, an essential tool for future quantum communication networks. Finally, we trapped atoms in an array in the vicinity of the nanofiber thanks to the light guided by the latter. Compared to our first set of experiments, the resulting cloud has a longer lifetime (25 ms) and interacts more strongly with the guided light (OD ~ 100). This new system should allow to efficiently implement other quantum optics protocols, such as the generation of single photons, or the entanglement of two remote atomic ensembles
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Dugué, Julien. "Sources Ultrafroides Avancées pour l'Interféromètrie et la Physique Atomiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00410953.

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Abstract:
Dans ce mémoire nous présentons des sources ultra-froides utilisant des condensats de Bose-Einstein pour des applications en interféromètrie et physique atomiques. Nous produisons un laser à atomes de 87 Rb par couplage optique Raman. Initialement piégés magnétiquement, les atomes sont transférés dans un état insensible aux champs magnétiques et tombent sous l'effet de la gravité. Nous montrons qu'à l'inverse d'une méthode d'extraction Radio-Fréquence l'impulsion transférée aux atomes permet de réduire la divergence et d'améliorer le profil spatial du faisceau atomique. Nous prouvons que chacun des deux faisceaux Raman peut être utilisé indépendemment pour diffracter le laser à atomes de manière efficace et cohérente en utilisant une fraction de lumière rétro-diffusée. La dynamique des lasers à atomes extraits par couplage RF est également étudiée théoriquement. Nous détaillons ensuite les améliorations apportées au dispositif expérimental permettant de condenser des atomes d'hélium métastable (4He* ). Nous décrivons l'ensemble du nouveau système laser destiné au piégeage et au ralentissement des atomes, ainsi qu'à leur transfert dans un piège dipolaire ou un réseau optique. L'ajout d'un multiplicateur d'électrons fournit une méthode de détection non-destructive en temps réel fondée sur les collisions Penning. Enfin, nous présentons un nouveau piége magnétique à grande accessibilité optique, conçu et construit pour produire un condensat d'atomes 4He* et le transférer, in-situ, dans un réseau optique à 3 dimensions.
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Hyafil, Philippe. "VERS LE PIEGEAGE D'ATOMES DE RYDBERG CIRCULAIRES." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012092.

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Abstract:
Le contrôle de tous les degrés de liberté d'un système simple est un objectif intéressant tant sur le plan fondamental qu'au niveau des applications, à l'information quantique par exemple. Nous avons
entrepris la construction d'un dispositif expérimental visant à piéger des atomes de Rydberg circulaires au voisinage d'éléments micro-fabriqués en surface d'une puce. La source primaire de Rubidium est un jet atomique vertical fournissant un flux d'atomes
lents. Nous démontrons la possibilité de réaliser la séquence expérimentale suivante. Les atomes sont tout d'abord recapturés à l'intérieur d'un cryostat à Hélium pompé au sein duquel a lieu la suite des manipulations. L'utilisation de techniques de
micro-piégeage atomique à la surface d'une puce permet ensuite la préparation d'un nuage froid et dense de Rubidium. Après un processus d'excitation composé de plusieurs échelons lasers et radiofréquences on obtient un atome de Rydberg circulaire unique grâce au phénomène de blocage dipolaire. Cet atome est finalement confiné dans un piège électrique dynamique tirant parti de l'extrême
polarisabilité des états atomiques utilisés. Une technique « d'habillage micro-onde » réduit la différence de polarisabilité entre deux niveaux donnés, autorisant ainsi le maintien d'une
cohérence quantique sur un temps de l'ordre de la seconde. Le temps de vie atomique est également prolongé grâce à l'inhibition de l'émission spontanée due à la proximité de surfaces métalliques. En
dernier lieu, la mesure de l'état atomique final après interaction est effectuée en détectant l'électron d'ionisation grâce à un compteur supraconducteur.
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Emmert, Andreas. "Puce à atomes supraconductrice : atomes à froids dans un environnement cryogénique et excitation d'atomes de Rydberg." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066637.

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Abstract:
Les puces à atomes sont des outils polyvalents pour la manipulation d'atomes froids avec des champs magnétiques créés par des microstructures. Cependant, on observe de fortes pertes d'atomes dans de tels pièges à cause du retournement de spin, engendrées par des fluctuations radio-fréquence du champ magnétique lorsque les atomes sont proches de la surface. Ces fluctuations viennent du bruit Johnson-Nyquist dans des structures métalliques. Dans notre expérience, nous observons un très long temps de vie des atomes loin de la puce dans un environnement cryogénique dû au vide résiduel obtenu par pompage cryogénique. Pourtant, à une distance de quelques dizaines de microns, le temps de vie reste limité par le bruit Johnson-Nyquist. Une solution pour ce problème est l'utilisation d'un environnement purement supraconducteur, même dans le cas réaliste d'une puce supraconductrice de type II comprenant des vortex. Nous observons en outre que le supraconducteur influence le potentiel de piégeage, démontrant la présence de courants permanents à l'échelle micrométrique. Nous sommes capables d'induire ces courants à la demande avec la possibilité de réaliser des pièges complexes. Une puce cryogénique peut également piéger des atomes fortement excités (atomes de Rydberg) possédant un très grand moment dipolaire qui pourrait être couplé à des dispositifs quantiques mésoscopiques. Dans ce but, nous avons adapté l'expérience à l'excitation d'atomes de Rydberg. Les premiers spectres montrent que le champ électrique parasite au voisinage de la puce est suffisamment faible pour une future excitation d'un atome unique à la demande par blocage dipolaire
Atom-chips are a versatile tool for the manipulation of cold atoms with magnetic potentials created by microstructures. However, one observes significant atom losses in those traps caused by spin-flip transitions, induced by radio-frequency fluctuations of the magnetic field, when the atoms are close to the chip surface. These fluctuations are due to Johnson-Nyquist noise in metallic structures. In our setup, the lifetime of atoms far away from the chip in a cryogenic environment is very long due to a low residual pressure obtained by cryogenic pumping. At a distance of several tens of micrometers yet, the lifetime is still limited by Johnson-Nyquist noise. One solution to this problem is the use of a purely superconducting environment, even in the realistic case of an atom-chip made of a type II superconductor containing vortices. We observe that the superconducting film influences the trapping potential, demonstrating the presence of micrometer size permanent supercurrents. We are able to induce these currents on demand with the potentiality to create complex traps. A cryogenic atom-chip can also be used for trapping strongly excited atoms (Rydberg atoms) which have a huge transition dipole moment that could be coupled to mesoscopic solid-state quantum systems. This long-term goal in mind, we have adapted our experiment for the excitation of Rydberg atoms. First excitation spectra reveal a parasitic electric field in the close vicinity of the atom-chip which is sufficiently weak for the next step of our experiment, the excitation of an single atom on demand using the dipole blockade effect
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Karcher, Romain. "Implémentation d'une source d'atomes ultra-froids pour l'amélioration de l'exactitude d'un gravimètre atomique Improving the accuracy of atom interferometers with ultracold sources A determination of the Planck constant using the LNE Kibble balance in air." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS165.

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Abstract:
Cette thèse a pour objectif l’amélioration de l’exactitude du gravimètre atomique du LNE-SYRTE. Ce gravimètre utilise des techniques d’interférométrie atomique pour déterminer l’accélération de la pesanteur g subie par des atomes de Rubidium 87 en chute libre. Il constitue la référence métrologique nationale pour la mesure de g et ses biais doivent donc être évalués avec la meilleure incertitude.Au début de cette thèse, le budget d’incertitude total était de 4.3µGal,dominé par l’incertitude de 4.0µGal associée au biais lié aux aberrations du front d’onde des lasers Raman utilisés pour réaliser les séparatrices lumineuses de l’interféromètre. Pour améliorer l’évaluation de cet effet, nous avons implémenté une source d’atomes ultra froids et mesuré g dans une large gamme de températures. Le développement d’un modèle de l’expérience accompagné par une simulation de l’impact des fronts d’ondes sur la mesure nous a permis d’évaluer pour la première fois ce biais, avec une incertitude record de 1.3µGal, soit trois fois meilleure que précédemment.Le gravimètre participe au projet de balance de Kibble du LNE qui visait à mesurer la constante de Planck par la pesée du kg et dans lequel une mesure exacte de g est nécessaire.Nous avons ainsi contribué à la révolution qu’a connue le système international d’unités, avec la décision de réviser le SI en fixant la valeur numérique de la constante de Planck et en modifiant la définition du kg, entrée en vigueur le 20 Mai 2019
This thesis aims to improve the accuracy of the Cold Atom Gravimeter from LNESYRTE.This gravimeter employs atom interferometry techniques to measure the local gravityacceleration g of free falling Rubidium 87 cold atoms. This gravimeter is the national metrologicalreference meaning that all its biases must be evaluated with the lowest uncertainties. At the beginningof this thesis, the total accuracy budget of 4.3μGal was dominated by the uncertainty onthe wavefront aberration bias which accounted for 4.0μGal. In order to improve the evaluation ofthis effect, we implemented an ultra-cold atom source, with which we performed g measurementsover a wide range of temperatures. The developpment of a complete model of the experiment anda simulation of the impact of the wavefronts on the g measurements allowed us to gain insightson the evaluation of this bias which uncertainty was thus improved by a factor three and is now1.3μGal. Finally the gravimeter participated in the Kibble balance project which goal was tolink the Planck constant to the kg unit. This project needed the determination and transfer ofthe absolute g value. We contributed to the revolution of the International System of Units : thePlanck constant is now fixed and the definition of the kg is modified. This new definition is noweffective since 20 May 2019
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Couvert, Antoine. "Production et étude de lasers à atomes guidés, et de leur interaction avec des défauts contrôlés." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00442294.

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Abstract:
Dans ce mémoire de thèse, nous présentons d'une part un nouveau dispositif expérimental permettant l'obtention de condensats de Bose-Einstein de rubidium dans un piège dipolaire croisé, et d'autre part des expériences de production et de manipulation de lasers à atomes guidés optiquement à partir de ces condensats. Le potentiel optique utilisé pour piéger les atomes est indépendant du sous-niveau de l'état fondamental dans lequel ils se trouvent. Nous mettons à profit cette particularité pour contrôler leur état interne par une méthode de distillation du spin en appliquant des gradients de champ magnétique pendant la phase d'évaporation. Nous exposons ensuite deux nouvelles méthodes pour produire des lasers à atomes guidés à partir de ces condensats, l'une optique, l'autre magnétique, basées sur le déversement progressif des atomes hors du piège croisé où ils sont préparés dans un guide optique. Nous caractérisons le degré d'occupation des modes transverses du guide pour les lasers à atomes produits, ainsi que la qualité du découplage en termes d'entropie créée, grâce à une analyse thermodynamique. Enfin, nous montrons des résultats préliminaires concernant l'interaction de ces lasers à atomes avec un défaut du potentiel de guidage, créé par l'ajout d'un potentiel dipolaire de forme et de position contrôlée. Une analyse de cette interaction est proposée sous la forme d'une théorie de la diffusion quantique en espace confiné.
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Chotia, Amodsen. "Dynamique de l'interaction dans un gaz d'atomes de Rydberg froids. Blocage dipolaire, ionisation Penning. Pompage optique et refroidissement de la vibration de molécules." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00447969.

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Abstract:
Le sujet principal de cette thèse concerne les interactions électrostatiques à très longues portés entre atomes de Rydberg. Les atomes de Rydberg offrent une polarisabilité extrêmement importante qui conduit dans plusieurs configurations, à des interactions de type dipôle-dipôle dont la portée peut atteindre plus de 10 microns. Nos expériences à haute résolution montrent une inhibition de l'excitation par un contrôle de l'interaction entre paires d'atomes de Rydberg au voisinage d'une résonance en énergie ainsi que par couplage interne entre niveaux de Rydberg lors de l'application d'un champ électrique. Ces résultats obtenus dans un ensemble macroscopique ont été transposés à un système de deux atomes seulement (collaboration avec l'Institut d'Optique). Nous analysons ensuite la dynamique spatiale et temporelle des expériences de blocage dipolaire en champ électrique à l'aide d'un algorithme Monte Carlo cinétique et nous étudions la formation d'ions et leurs conséquences. L'observation de l'ionisation Penning pour des potentiels attractifs pouvant conduire à un plasma froid mais aussi pour des potentiels répulsifs entre deux atomes de Rydberg indique un rôle de transfert du rayonnement thermique. Un deuxième sujet est l'étude de la formation de molécules froides de césium. Des lasers à large bande spectrale ont été utilisés pour la détection de ces molécules froides et dans des schémas de refroidissement des degrés de liberté internes du dimère de césium. Dans ce dernier cas l'utilisation d'un laser femtoseconde mode bloqué façonné en intensité et en fréquence nous a permis de peupler après quelques cycles d'absorption-émission spontanée l'état vibrationnel v=0 de l'état fondamental du dimère de césium.
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Vogt, Thibault. "Blocage dipolaire de l'excitation d'atomes froids vers des états de Rydberg : contrôle par champ électrique et résonance de Förster." Paris 11, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00135180.

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Chandra, Aveek. "Coupling 1D atom arrays to an optical nanofiber : Demonstration of an efficient Bragg atomic mirror." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066582/document.

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Abstract:
Le couplage de guides d'ondes nanoscopiques et d'atomes froids a récemment ouvert de nouvelles voies de recherche. Le guide d'onde dans notre cas est une nanofibre qui confine la lumière transversalement à une échelle inférieure à la longueur d'onde. La lumière guidée présente un fort champ évanescent permettant une interaction atome-photon exaltée au voisinage de la nanofibre. Dans notre expérience, un nuage atomique froid est d'abord superposé à une nanofibre optique. Puis, en utilisant un piège dipolaire via le champ évanescent de la nanofibre, les atomes froids sont piégés à proximité de sa surface. Avec cette plateforme, nous avons obtenu des épaisseurs optiques élevées OD ~ 100 et de longues durées de vie ~ 25 ms en utilisant un schéma de piégeage qui préserve les propriétés internes des atomes. Une direction intéressante est alors d'explorer les effets collectifs résultant de l'ordre spatial des atomes. Lorsque la période du réseau est proche de la longueur d'onde de résonance, une réflexion de Bragg aussi élevée que 75% est observée. Cette réflexion dépend de la polarisation de la sonde par rapport aux réseaux atomiques - une signature de la chiralité dans les systèmes à guide d'ondes nanoscopiques. La possibilité de contrôler le transport de photons dans les guides d'ondes couplés à des systèmes de spin permettrait de nouvelles fonctionnalités pour les réseaux quantiques et l'étude d'effets collectifs résultant d'interactions à longue distance
The coupling of cold atoms to 1D nanoscale waveguides have opened new avenues of research. The waveguide in our case is a nanofiber, which confines light transversally to a subwavelength scale. The guided light exhibits a strong evanescent field allowing enhanced atom-photon interaction in the vicinity of nanofiber. In our experiment, a cold atomic cloud is first interfaced with an optical nanofiber. By using an optical lattice in the evanescent field, the atoms are then trapped in 1D atomic arrays close to the nanofiber. In this platform, we reach high optical depth OD ~ 100 and long lifetimes ~ 25 ms by using a dual-color compensated trapping scheme that preserves the internal properties of atoms. In this thesis, we explore collective effects emerging from the spatial ordering of atoms. When the period of the lattice is made close to commensurate with the resonant wavelength, Bragg reflection, as high as 75%, is observed. The reflection shows dependency on orientation of the probe polarization relative to the atomic arrays - a chiral signature in nanoscale waveguide-QED systems. The ability to control photon transport in 1D waveguides coupled to spin systems would enable novel quantum networking capabilities and the study of many-body effects arising from long-range interactions
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Mestre, Michael. "Holographie dynamique appliquée aux atomes froids : cas du guidage dans un mode laser de Laguerre-Gauss." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112359.

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Abstract:
L'utilisation d'un modulateur spatial de lumière (SLM), un élément diffractif reprogrammable, a été étudiée dans le contexte des expériences sur les atomes froids. Le SLM a permis de mettre en forme par diffraction en champ lointain un faisceau laser infrarouge créant un potentiel dipolaire dans un piège magnéto-optique (MOT) d'atomes de Rubidium. Une étude détaillée des algorithmes numériques permettant de calculer des hologrammes produisant des figures de diffraction arbitraires a été réalisée et les obstacles fondamentaux et technologiques à l'obtention de figures lisses ont été identifiés. L'utilisation d'hologrammes connus analytiquement a également été étudiée, en particulier avec les hologrammes produisant une dislocation de phase au centre du faisceau. Des faisceaux de Laguerre-Gauss en forme d'anneau ont ainsi été produits. L'absence d'intensité lumineuse au centre de tels faisceaux permet de réaliser un guide dipolaire pour les atomes froids, dans lequel les atomes sont piégés dans une région où le taux d'émission spontanée est minimum. Une évaluation quantitative des efficacités de guidage des atomes froids en fonction de différents paramètres a été effectuée (décalage en fréquence et ordre radial du faisceau de Laguerre-Gauss, en utilisant les capacités de reprogrammation dynamique du SLM). D'autre part, une technique de commutation rapide du SLM a été mise au point avec pour objectif de disposer d'un moyen de modifier en quelques microsecondes un potentiel dipolaire dans une expérience de physique atomique
The use of a spatial light modulator (SLM), a reconfigurable diffractive element, was studied in the context of cold atom experiments. The SLM enabled to shape an infrared laser beam by far-field diffraction, creating a dipole potential in a magneto-optical trap (MOT) for Rubidium atoms. A detailed study of the numerical algorithms designed to compute holograms for creating arbitrary diffraction patterns has been performed, and the fundamental and technical hurdles preventing the production of smooth patterns have been identified. The use of analytically known holograms was also studied, with an emphasis on the holograms that create a phase dislocation in the center of the beam. Ring shaped Laguerre-Gaussian beams have been produced using this method. The absence of light intensity in the center of such beams enables one to obtain a dipole guide for the cold atoms, in which the atoms are trapped in a region where the rate of spontaneous emission is a local minimum. A quantitative evaluation of the cold atom guiding efficiencies as a function of various parameters has been performed (frequency detuning and radial order of the Laguerre-Gaussian beam, by taking advantage of the dynarnic reconfiguration capabilities of the SLM). Ln parallel, a quick switching technique for the SLM, based on acousto-optic modulators, was developed to provide the means to modify a dipole potential in a few microseconds in an atomic physics experiment
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Kadio, Demascoth. "Réalisation expérimentale et étude d'un guide pour atomes froids d'une séparatrice et d'un miroir concave." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112082.

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Abstract:
Nous avons réalisé et démontré trois éléments d'optique atomique: un guide et une séparatrice qui utilisent la force dipolaire, et un miroir concave qui utilise la force magnétique. Ces éléments ont été appliqués à des atomes 87-Rb initialement refroidis à 10 mK dans une mélasse optique. Le guide est réalisé avec un faisceau laser Nd:YAG très désaccordé de la résonance atomique et crée un piège dipolaire 2D. Lorsque le nuage atomique est libéré de la mélasse optique, il tombe sous l'effet de la gravité, et à cause du guide dipolaire une partie des atomes reste confinée dans le faisceau laser de guidage. L'efficacité du guide obtenue est d'environ 40% sur une distance de 30 cm. De plus, comme le faisceau de guidage est focalisé, une compression du nuage a lieu, et dans la partie de défocalisation du faisceau, on observe un refroidissement adiabatique du nuage jusqu'à environ 2 mK, ce qui correspond à un abaissement de la température des atomes d'un facteur 5 [1]. Les résultats sont interprétés à l'aide d'un modèle numérique qui utilise une méthode statistique de type Monte Carlo. On a observé expérimentalement et montré par les calculs numériques qu'on peut fabriquer un nuage atomique en forme d'anneau si on introduit dans le guide dipolaire des atomes de moment cinétique moyen non nul et si le guide est utilisé en mode impulsionnel. La séparatrice utilise deux guides dipolaires qui se croisent: l'un est suivant la verticale et l'autre suivant la direction oblique fait un angle de 0. 12 radian avec la verticale. Les atomes sont guidés initialement dans le guide vertical. Lorsqu'ils ont chuté de quelques millimètres, le guide oblique est alors soudainement allumé. Le couplage créé au point de croisement des guides permet un transfert des atomes du guide vertical vers le guide oblique. L'observation à environ 10 mm en dessous de la position du piège magnéto-optique, montre une séparation du nuage de l'ordre de quelques millimètres, avec une efficacité de transfert de l'ordre de 30% [2]. Nous avons montré par le calcul qu'une séquence temporelle du guide oblique bien choisie, permettrait d'augmenter l'efficacité de la séparatrice d'environ 50%. Le miroir concave utilise le champ magnétique d'un quadrupôle en mode impulsionnel, appliqué quand les atomes sont tombés de quelques millimètres. On a observé clairement deux rebonds. Le potentiel magnétique vu par les atomes étant courbé dans les trois directions de l'espace, le rebond du nuage atomique s'accompagne d'une refocalisation [3]. Ce miroir n'est pas parfait et présente des aberrations. Les calculs numériques ont montré que l'ajout d'un petit champ magnétique tournant permettrait de réduire sensiblement les aberrations du miroir. [1] L. Provost, D. Marescaux, O. Houde, H. T Duong, Opt. Comm. 166 (1999) 199. [2] O. Houde, D. Kadio, L. Provost, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 5543. [3] D. Kadio, O. Houde, L. Provost, Euro. Phys. Lett. 54 (2001) 417
We have realized and demonstrated three efficients atom optics elements: a guide and a beamsplitter which use the dipole force and a concave mirror which uses the magnetic force. These elements have been tested with a cold atoms 87-Rb cloud at a temperature of 10 mK in an optical molasses. The guide is realized with a far red-detuned Nd:YAG laser beam which creates a 2-D dipole trap. When the atomic cloud is released from the optical molasses, it falls due to gravity and due to the dipole guide the atoms remain localised inside the guiding laser beam. The guide efficiency is about 40% over a distance of 30 cm. Furthermore, as the laser beam is focused an adiabatic compression of the cloud occurs, and in a defocusing region of the laser beam, its adiabatic cooling is observed to 2 mK, corresponding to a factor 5 between the temperature of the cloud in the molasses [1]. The results are numerically interpreted, by using a Monte Carlo statistic method. We have observed in the guide experiment and have demonstrated by calcu1ation that if the atoms enter in the guide with a kinetic moment and if the guide is pulsed, we generate a doughnut clouds. The beamsplitter uses two crossing dipole guides: one is along the vertical axis et the other along an oblique direction making a 0. 12 radian angle with the vertical. The atoms are first guided in the vertical one. When they have travelled a few millimeters the second guide is suddenly switched on. The created coupling at the crossing point of the two guides allows an atom transfer from the vertical to the oblique direction. The observation, 10 mm below the initial trap position, shows a cloud splitting ranging a few millimeters. The measured transfer efficiency is about 30% [2]. We have demonstrated numerically that time control of the switching time of the oblique guide could permit to increase a larger beamsplitter efficiency. The concave mirror uses a pulsed magnetic quadrupole field, applied when the atoms are fallen a few millimeters. We have clearly observed two bounces. The magnetic potential is curved and the atoms bounce and simultaneously are refocused [3]. Nevertheless, this mirror is not perfect and presents some aberrations. We have shown by using a Monte Carlo statistic method that an addition time orbiting magnetic field would significant1y reduce the aberrations of the mirror. [1] L. Provost, D. Marescaux, O. Houde, H. T. Duong, Opt. Comm. 166 (1999) 199. [2] O. Houde, D. Kadio, L. Pruvost, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 5543. [3] D. Kadio, O. Houde, L. Provost, Euro. Phys. Lett. 54 (2001) 417
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Hyafil, Philippe. "Vers le piègeage d'atomes de Rydberg circulaires." Paris 6, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012092.

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De, paz Aurelie. "Échange de spin et dynamique d’aimantation d’un gaz quantique dipolaire." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCD096/document.

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Abstract:
Dans ce mémoire nous présentons plusieurs études expérimentales des propriétés magnétiques d’un condensat de Bose-Einstein de Chrome chargé dans un réseau 3D, en nous focalisant sur les effets associés aux interactions dipolaires. Nous montrons que dans un réseau 3D, la relaxation dipolaire est un processus résonant du fait de la réduction de la densité d’états orbitaux accessibles. Les résonances sont observées à des champs magnétiques Bres tels que l’énergie Zeeman relâchée soit égale à l’énergie nécessaire à exciter les atomes dans une bande d’énergie supérieure du réseau. Nous pouvons inhiber ce processus en appliquant un champ différent de Bres. L’analyse des résonances a permis de sonder la structure de bande 3D du réseau, ainsi que la mise en évidence de l’effet des interactions entre atomes. Nous avons étudié la dynamique d’échange de spin dans un réseau 3D. Nous présentons en particulier la première observation d’échange de spin entre atomes localisés dans des sites séparés. Ces études permettent une exploration nouvelle du magnétisme en réseau. En variant la profondeur du réseau, nous étudions ces effets dans le régime superfluide, bien décrit par une théorie de champ moyen, et dans le régime fortement corrélé, dont la description théorique est difficile. Enfin, nous étudions l’évolution de deux spins géants interagissant par interaction dipolaire. Le condensat initialement divisé en deux, les atomes des deux nuages sont préparés dans des états de spin opposés formant ainsi deux spins géants ±3xN. Nous montrons que toute dynamique de spin est énergétiquement inhibée pour de grands spins ce qui est bien reproduit par une théorie classique
This Thesis reports on several experimental studies of magnetic properties of a Chromium Bose-Einsteincondensate loaded into a 3D optical lattice, focusing on the effects induced by dipolar interactions.We show that in a 3D lattice dipolar relaxation is a resonant process due to the reduction of the density ofaccessible orbital states. These resonances are observed for magnetic fields Bres such that the Zeeman energyreleased matches an excitation towards higher-energy bands of the lattice. We can thus inhibit those processes byapplying a field different from Bres. Analyses of the resonances allowed us to probe the lattice 3D band structureas well as to demonstrate the effects of local interactions between atoms.We study spin exchange dynamics in a 3D lattice. We especially observed for the first time spin exchangebetween atoms localized in different lattice sites mediated by dipolar interactions. These studies are the firststep toward a new exploration of magnetism in lattice. Varying the depth of the lattice we study these effects inthe superfluid regime, well described by mean filed theories, as well as in the strongly correlated regime, whosetheoretical description is still challenging.Finally, we study the evolution dynamics of two giant spins interacting through dipolar interactions. Thecondensate being initially splitted in half, atoms from the two clouds are prepared in opposite spin states thusproducing two giant spins ±3×N. We show that any spin dynamics is energetically inhibited for large spinswhich is well accounted for by a classical theory
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Gaaloul, Naceur. "Étude théorique de la manipulation laser d'atomes froids." Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112339.

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Abstract:
L'objet de cette thèse est l'étude théorique de la manipulation d'ensembles d'atomes froids par des champs laser. Le but est d'affiner le contrôle des degrés de liberté externes et de proposer de nouveaux schémas d'optique atomique. Une première étape a consisté à modéliser une expérience de lame séparatrice à atomes froids agissant dans le champ gravitationnel. L'évolution des populations atomiques dans les potentiels lumineux dépendant du temps est obtenue par résolution de l'équation de Schrodinger. Cette résolution est faite par propagation temporelle de paquets d'ondes translationnels. Des améliorations de l'efficacité de la séparatrice sont proposées ainsi qu'un schéma de déflecteur d'atomes froids en chute libre. Le modèle a ensuite été étendu au cas des condensats de Bose-Einstein. L'équation relative à la dynamique de ce problème est alors l'équation de Gross-Pitaevskii et sa résolution permet d'accéder à l'évolution de la fonction d'onde du condensat. Un schéma de déflecteur à gaz dégénérés a été proposé et son fonctionnement simulé dans des conditions expérimentales réalistes. La dernière partie de la thèse a pour objet l'étude théorique de la condensation de Bose-Einstein dans des potentiels lumineux façonnés par des modulateurs spatiaux de lumière (SLM). Les spécificités de ces potentiels sont étudiées et une comparaison est faite entre ces potentiels particuliers et le potentiel harmonique généralement utilisé dans les expériences de condensation. Cette étude repose sur des données expérimentales réalistes. Elle a permis de souligner l'intérêt de ces systèmes pour l'obtention et la manipulation des gaz quantiques dégénérés
The topic of this thesis is the theoretical study of the laser manipulation of cold atomic ensembles. The purpose is to improve the control over external degrees of freedom and to propose new schemes of atom optics. The first step consists in modelizing an experiment of a cold atoms beam-splitter working in the gravitational field. The evolution of the atomic populations in the time-dependant light potentials is obtained by solving the Schrodinger equation. This resolution is performed by a temporal propagation of translational wave-packets. Improvements of the efficiency of the beam-splitter are proposed as well as a scheme of a coId atoms deflector functioning in a free fall configuration. The model was then extended to the case of Bose-Einstein condensates. The dynamics of the system is then governed by the Gross-Pitaevskii equation and its resolution gives access to the evolution of the condensate wave function. A quantum degenerate gases deflector is proposed and its characteristics are explored within realistic conditions. The last part of the thesis deals with the study of Bose-Einstein condensation in light potentials shaped by spatial light modulators (SLM). The specificities of these potentials are studied and compared with harmonic potentials normally used in condensation experiments. This study is based on realistic experimental data and emphasizes the interest in using such systems to obtain and manipulate quantum degenerate gases
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Mimoun, Emmanuel. "Condensat de Bose-Einstein de sodium dans un piège mésoscopique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00527457.

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Abstract:
Dans ce mémoire, nous présentons les fondements, la construction et les premiers résultats d'une nouvelle expérience qui a débuté avec ce travail de thèse. Nous démontrons la production d'un condensat de Bose-Einstein de sodium confiné dans un piège optique fortement focalisé. Nous exposons des résultats originaux sur l'état fondamental et les excitations d'un condensat dans un piège gaussien avec un unique état lié, et nous montrons comment tirer parti des interactions entre états de spin pour la génération d'états quantiques fortement corrélés. L'optimisation de l'efficacité de la somme de fréquence en cavité doublement résonnante est ensuite étudiée et mise à profit pour la réalisation d'un laser solide pour le refroidissement du sodium. A partir de deux sources laser infrarouges commerciales, jusqu'à 800 mW de lumière à 589 nm sont produits, avec une efficacité de conversion quasi-totale. Ce laser est employé pour former un piège magnéto-optique, chargé grâce à la désorption atomique induite par la lumière. Après le chargement, la pression dans l'enceinte à vide redescend à sa valeur de base en moins de 100 ms. L'optimisation du transfert des atomes dans un piège dipolaire croisé est présentée. La conception et l'utilisation d'un objectif de microscope de grande ouverture numérique sont exposées, permettant la réalisation d'un piège dipolaire fortement focalisé, dans lequel le condensat se forme après une phase de refroidissement par évaporation. Celle-ci est caractérisée et comparée à un modèle numérique.
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Jelassi, Haikel. "Spectroscopie photoassociative des états moléculaires faiblement liés du rubidium : analyse par la méthode de Lu-Fano : étude de la réalisation d'une lentille à atomes." Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112143.

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Abstract:
Cette thèse se compose de deux parties. La première partie présente l’étude de la réalisation d’une lentille à atomes utilisant l’interaction dipolaire. Une étude théorique propose plusieurs séquences expérimentales possibles permettant la réalisation d’une lentille achromatique avec un grandissement contrôlable. Des tentatives de réalisation ont mis en évidence des pertes d’atomes induites par le laser utilisé. Le processus de photoassociation, fortement probable dans les conditions de l’expérience, est le responsable de ces pertes. La deuxième partie de cette thèse relate donc de l’enregistrement des spectres de photoassociation. L’analyse des spectres obtenus a été effectuée par la méthode des graphes de Lu-Fano, méthode souvent utilisée pour l’étude des séries de Rydberg. Appliqué aux trois séries vibrationnelles observées, la méthode a montré que la formule de LeRoy-Bernstein, établie pour décrire des niveaux vibrationnels situés dans la zone asymptotique du puits de potentiel moléculaire, doit être améliorée. Les deux améliorations proposées consistent à prendre en compte la région courte portée du puits de potentiel ainsi que le deuxième terme du développement multipolaire. Pour une troisième série, le graphe de Lu-Fano a mis en évidence un couplage dû à l’interaction spin-orbite et l’interaction spin-spin entre deux séries vibrationnelles. Le graphe a permis la caractérisation quantitative de ce couplage
This thesis is composed of two parts. The first part presents the study of the realization of a lens for atoms using the dipolar interaction. A theoretical study suggests several possible experimental sequences allowing the realization of an achromatic lens with a controllable magnification. Attempts at realizing the sequence highlighted atom losses induced by the laser. The process of photoassociation, strongly probable under the experimental conditions, is responsible of the losses. The second part of this thesis reports on the recording of the photoassociation spectra. The analysis of the spectra obtained was carried out using the Lu-Fano graphs methods, which is often used in the physics of Rydberg atomic states. Applied to the three observed vibrational series, the method showed that the LeRoy-Bernstein formula established to describe vibrational levels located in the asymptotic zone of the molecular potential, must be improved. The two suggested improvements consist in taking into account the short-range region of the potential well and the second term of the multipolar expansion. For a third series, the Lu-Fano graph exhibits a coupling between two vibrational series due to the spin-orbit and spin-spin interactions. The graph allowed a quantitative characterization of this coupling
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Jelassi, Haikel. "Spectroscopie photoassociative des états moléculaires faiblement liés du rubidium : Analyse par la méthode de Lu-Fano.Étude de la réalisation d'une lentille à atomes." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00189099.

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Abstract:
Cette thèse se compose de deux parties. La première partie présente l'étude de la réalisation d'une lentille à atomes utilisant l'interaction dipolaire. Une étude théorique propose plusieurs séquences expérimentales possibles permettant la réalisation d'une lentille achromatique avec un grandissement contrôlable. Des tentatives de réalisation ont mis en évidence des pertes d'atomes induites par le laser utilisé. Le processus de photoassociation, fortement probable dans les conditions de l'expérience, est le responsable de ces pertes. La deuxième partie de cette thèse relate donc de l'enregistrement des spectres de photoassociation. L'analyse des spectres obtenus a été effectuée par la méthode des graphes de Lu-Fano, méthode souvent utilisée pour l'étude des séries de Rydberg. Appliqué aux trois séries vibrationnelles observées, la méthode a montré que la formule de LeRoy-Bernstein, établie pour décrire des niveaux vibrationnels situés dans la zone asymptotique du puits de potentiel moléculaire, doit être améliorée. Les deux améliorations proposées consistent à prendre en compte la région courte portée du puits de potentiel ainsi que le deuxième terme du développement multipolaire. Pour une troisième série, le graphe de Lu-Fano a mis en évidence un couplage dû à l'interaction spin-orbite et l'interaction spin-spin entre deux séries vibrationnelles. Le graphe a permis la caractérisation quantitative de ce couplage.
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Perrin, Hélène. "Condensats de Bose-Einstein, champs évanescents et champs radio-fréquences." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00355511.

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Abstract:
Cette habilitation porte sur une série d'expériences faites avec comme leitmotiv la condensation de Bose-Einstein à deux dimensions. Pour confiner très fortement les atomes dans une direction, nous avons utilisé deux approches différentes. Dans un premier temps, nous avons projeté d'utiliser deux champs évanescents, ce qui permet de réaliser des gradients de champ très importants. Avec cet objectif, nous avons produit un condensat et mis au point une méthode de transfert vers le piège à ondes évanescentes. La production d'un condensat à 3 mm seulement d'une surface a constitué une première. Nous avons réalisé une série d'expériences impliquant une seule onde évanescente, qui ont montré que la surface du diélectrique présentait une rugosité trop importante pour confiner efficacement les atomes en dimension 2. Cette étude nous a permis en revanche de caractériser très précisément l'interaction entre les atomes et le champ diffusé par les défauts de surface. Nos expériences ont confirmé quantitativement la théorie de Carsten Henkel et al., ce qui est un point important pour les expériences, de plus en plus nombreuses, menées à proximité directe d'une surface. Nous avons également montré que la diffraction était toujours clairement observable malgré la forte diffusion, lors du rebond d'un condensat sur un miroir modulé.

Dans un second temps, sur la proposition d'Oliver Zobay et Barry Garraway, nous avons mis au point une nouvelle approche pour confiner les atomes dans des potentiels très anisotropes. La combinaison d'un champ radiofréquence (RF) et d'un champ magnétique statique résulte en un potentiel adiabatique dont la géométrie peut être largement contrôlée, y compris dynamiquement. Ces potentiels RF permettent de réaliser une « bulle » à atomes, un double puits, un anneau... Nous nous sommes intéressés principalement à produire un piège quasi bidimensionnel dans l'épaisseur de la bulle. Ces pièges sont compatibles avec les condensats de Bose-Einstein, et les atomes peuvent être refroidis par évaporation in situ. Nos premières expériences impliquant des champs radiofréquence ont eu un impact important dans la communauté des atomes froids, en particulier pour les expériences sur puce. A la suite de nos travaux, de nombreuses équipes ont utilisé cette technique avec succès.
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Bouchoule, Isabelle. "Refroidissement par bandes latérales d'atomes de Césium et quelques applications." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011771.

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Abstract:
Les expériences présentées dans ce mémoire ont été effectuées sur des atomes de Césium piégés dans un réseau lumineux non dissipatif produit par deux faisceaux d'un laser Nd:YAG. Verticalement, les atomes sont confinés dans des micro-puits indépendants au fond de chaque maximum d'intensité et le confinement horizontal est assuré par la forme gaussienne des faisceaux. Le fort confinement vertical nous a permis, en mettant au point un refroidissement optique par bandes latérales, d'accumuler environ 95% des atomes dans l'état fondamental du mouvement dans la direction verticale. A partir de cet état quantique pratiquement pur, nous avons produit d'autres états quantiques et, grâce à une technique d'imagerie en absorption, nous avons visualisé directement leur distribution en vitesse. Tout d'abord, nous avons réalisé le premier état excité du mouvement des atomes dont la distribution en vitesse s'annule en v = 0. Nous avons ensuite réalisé des états non stationnaires du mouvement et visualisé l'évolution temporelle de leur distribution en vitesse. Ainsi, l'évolution d'une superposition des deux premiers niveaux vibrationnels et celle d'états comprimés ont été enregistrées. Les états comprimés sont, comme l'état fondamental, des états d'incertitude minimum (ΔpΔz = \hbar /2) mais leur distribution en impulsion est plus fine que celle de l'état fondamental. Une réduction d'un facteur 4 a été obtenue. En appliquant le refroidissement du mouvement vertical pendant un temps long, grâce au transfert d'énergie du mouvement horizontal au mouvement vertical assuré par les collisions, nous avons refroidi le mouvement dans les trois directions. Nous avons ainsi obtenu une température T ~ 3 µK pour laquelle 80% des atomes sont dans l'état fondamental du mouvement vertical. Enfin, une étude de temps de thermalisation montre que la résonance de diffusion à énergie nulle du Cesium n'est pas affectée par le fort confinement vertical.
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Morice, Olivier. "Atomes refroidis par laser : du refroidissement sub-recul à la recherche d'effets quantiques collectifs." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1995. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011902.

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Abstract:
Les techniques de refroidissement d'atomes par laser ont permis d'atteindre des températures suffisamment basses pour que des effets liés à la statistique quantique deviennent observables. Toutefois, compte tenu des faibles densités mises en jeu dans ces expériences, de tels effets ne sont significatifs que lorsque la vitesse moyenne des atomes est inférieure à la vitesse de recul d'un seul photon. La première partie de cette thèse présente la mise en oeuvre expérimentale à une dimension d'une méthode de refroidissement laser permettant de franchir la limite du recul, le refroidissement Raman. Pour rendre possible la généralisation cette méthode à trois dimensions et au cas d'atomes confinés, un nouveau type de piège, le piège opto-électrique, a été mis au point. Dans la deuxième partie, la détection des effets quantiques collectifs par une méthode optique (mesures de l'indice de réfraction et de la section efficace de diffusion) est étudiée théoriquement dans le cas d'un nuage atomique homogène et de faible densité. Sous cette hypothèse, les effets statistiques induisent une perturbation du signal faible, quoique détectable.
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Pasquiou, Benjamin. "Effets de l'interaction dipôle-dipôle sur les propriétés magnétiques d'un condensat de chrome." Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00659391.

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Abstract:
Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose-Einstein de chrome 52Cr, élément possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental. Cette propriété du chrome permet l'étude des effets sur ces systèmes quantiques de l'interaction entre dipôles magnétiques. Cette interaction se démarque de celles dominant habituellement la physique d'un condensat, dîtes de van der Waals, par son caractère longue portée et son anisotropie. Nous avons montré expérimentalement un décalage des fréquences d'oscillations collectives du condensat : la présence d'interaction dipolaire modifie la réponse du condensat à de faibles excitations. Nous avons également étudié les collisions inélastiques provoquées par l'interaction dipôle-dipôle, appelées relaxation dipolaire. Nous avons mesuré le taux de ce processus en fonction du champ magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire les longueurs de diffusion a6 = (103 +/- 4) aB et a4 = (64 +/- 4) aB du chrome. Nous avons aussi étudié la relaxation dipolaire en présence de réseaux optiques permettant de restreindre une ou plusieurs dimensions spatiales du système : nous mesurons une réduction du taux de collisions en dimensions réduites, voire même une annulation en géométrie cylindrique (1D). Enfin, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique (B ~ 250 µG), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non polarisé. Nous avons étudié la dynamique, fixée par l'interaction dipolaire, de démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la thermodynamique d'un tel spineur à magnétisation libre.
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Landragin, Arnaud. "Réflexion d'atomes sur un miroir à onde évanescente : Mesure de la force de van der Waals et diffraction atomique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00400765.

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Abstract:
Ce mémoire présente deux expériences réalisées à l'aide d'un miroir à atomes à onde évanescente. Le miroir utilise la force dipolaire due à l'interaction entre les atomes et une onde évanescente créée par réflexion totale interne d'un faisceau laser à l'intérieur d'un prisme. Ces deux expériences montrent que, lors de leur réflexion, les atomes constituent une sonde des champs proches de la surface du prisme. La première expérience a permis la mesure de la force de van der Waals entre un atome de rubidium dans l'état fondamental et une paroi diélectrique. Lors de la réflexion, les atomes s'approchent très près de la surface du diélectrique (~ 50 nm) et sont donc sensibles à la force attractive de van der Waals due à la présence de la paroi. L'expérience consiste à mesurer la force dipolaire nécessaire pour équilibrer la force de van der Waals. Elle montre également le rôle crucial de la force de van der Waals dans le fonctionnement du miroir à atomes, d'une part, la réduction d'un facteur trois de l'efficacité du miroir et d'autre part, la modification de la forme du potentiel réflecteur total. La seconde expérience décrit la diffraction d'atomes en incidence normale sur un miroir modulé spatialement, créé à l'aide d'une onde évanescente partiellement stationnaire. Ce processus de diffraction est lié à la modulation de phase de l'onde de de Broglie lors de la réflexion et apparaît pour une modulation très faible du potentiel. Elle est similaire à la diffraction de Raman-Nath en optique traditionnelle. L'étude des populations dans les différents ordres de diffraction en fonction de la profondeur de modulation confirme quantitativement ce processus scalaire de diffraction.
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Leseleuc, de kerouara Sylvain de. "Quantum simulation of spin models with assembled arrays of Rydberg atoms." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLO007.

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Abstract:
Des atomes individuels piégés dans des matrices de pinces optiques et excités vers des états de Rydberg forment une plateforme expérimentale prometteuse pour la simulation quantique de modèles de spins. Lors de cette thèse, nous avons d’abord résolu le problème du chargement aléatoire des pièges, seulement 50 % d’entre eux étant chargés avec un atome. Nous avons développé une technique pour préparer des matrices 2D, puis 3D, d’atomes de 87Rb en les déplaçant un par un avec une pince optique mobile contrôlée par ordinateur. Nous avons ensuite réalisé le modèle d’Ising en excitant de manière cohérente les atomes depuis leur état électronique fondamental vers un niveau de Rydberg. Après avoir trouvé un régime optimal où l’interaction dipolaire entre deux atomes de Rydberg se réduit à une énergie de van der Waals, nous avons tenté de préparer adiabatiquement l’état de Néel qui minimise l’énergie d’interaction. Nous avons montré que l’efficacité de préparation étaitlimitée par la décohérence induite par les lasers d’excitation. Nous avons ensuite utilisé un autre régime d’interaction, le couplage dipolaire résonant, pour étudier des modèles de spins de type XY, dont le modèle Su-Schrieffer-Heeger, connu pour sa phase fermionique topologique protégée par une symétrie chirale. Ici, nous avons remplacé les fermions par des particules effectives de type `boson de cœur dur’, ce qui modifie les propriétés de cette phase. Nous avons d’abord retrouvé les propriétés à une particule, comme l’existence d’états de bords à énergie nulle. Nous avons ensuite préparé l’état fondamental à N corps pour un remplissage moitié, et observé sa dégénérescence causée par les états de bords, même en présence d’une perturbation qui lèverait cette dégénérescence dans le cas fermionique. Nous avons expliqué ce résultat par l’existence d’une symétrie plus générale, qui protège la phase bosonique
Single atoms trapped in arrays of optical tweezers and excited to Rydberg states are a promising experimental platform for the quantum simulation of spin models. In this thesis, we first solved a long-standing challenge to this approach caused by the random loading of the traps, with only 50% of them filled with single atoms. We have engineered a robust and easy-to-use method to assemble perfectly filled two-dimensional arrays of 87Rb atoms by moving them one by one with a moveable optical tweezers controlled by computer, a technique further enhanced to trap, image and assemble three-dimensional arrays. We then implemented the quantum Ising model by coherently coupling ground-state atoms to a Rydberg level. After finding experimental parameters where the dipole-dipole interaction takes the ideal form of a van der Waals shift, we performed adiabatic preparation of the Néel state. We showed that the coherence time of our excitation lasers limited the efficiency of this technique. We then used a different type of interaction, a resonant dipolar coupling, to implement XY spin models and notably the Su-Schrieffer-Heeger model, known for its fermionic topological phase protected by the chiral symmetry. Here, we used effective hard-core bosons, which modify the properties of the topological phase. We first recovered known properties at the single particle level, such as the existence of localized zero-energy edge-states. Then, preparing the many-body ground state at half-filling, we observed a surprising robustness of its four-fold degeneracy upon applying a perturbation. This result was explained by the existence of a more general symmetry protecting the bosonic phase
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Hoang, Nathalie. "Développement d'un piège atomique lumineux et magnétique : étude du régime de collisions : perspectives pour la condensation de Bose-Einstein du césium." Paris 11, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005990.

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Abstract:
Ce travail de thèse s'inscrit dans un effort de recherche entrepris depuis 1996 pour atteindre la condensation de Bose-Einstein (CBE) de l'atome de césium. Les expériences réalisées en 1996 en piège magnétique échouèrent à cause du taux de collisions inélastiques anormalement élevé pour cet atome. La solution consiste à piéger les atomes dans leur état fondamental. Ceci peut être réalisé dans un piège optique ou un piège mixte, magnétique et optique. Récemment, l'équipe de R. Grimm est parvenue à la CBE du césium grâce au piégeage optique. La solution proposée dans ce manuscrit combine un piégeage magnétique vertical, et un piégeage optique transverse réalisé par un faisceau Nd :YAG. La mise en place du piège mixte a été achevée, et certaines de ses caractéristiques ont été dégagées. Ainsi la durée de vie de 4 s représente la limitation actuelle du piège et est discutée à partir de diverses hypothèses. Le régime collisionnel est aussi analysé à partir d'une étude des oscillations de la taille du nuage en fonction du champ magnétique. Le taux de collisions élastiques des atomes au sein du piège apparaît faible, du fait d'une densité insuffisante. Parallèlement, des calculs numériques en lien avec la compréhension de l'expérience ont été menés. Ce travail théorique comporte deux volets. Le premier concerne la modélisation du refroidissement évaporatif unidimensionnel dans notre dispositif, par une simulation Monte- Carlo. Les résultats de cette simulation permettent d'envisager une stratégie vers la condensation. Le second volet repose sur l'application d'une méthode asymptotique pour traiter les collisions entre atomes dans l'état fondamental f=3, mf=3, en présence d'un champ magnétique. Cette étude motivée par l'existence d'une résonance de Feshbach pour cet état a permis l'interprétation d'une expérience de photoassociation dans laquelle le contrôle de la longueur de diffusion par modification du champ magnétique a été mis en évidence
This thesis work is part of a research effort made since 1996 in the field of the Bose-Einstein condensation (BEC) of cesium atoms. The first attempts carried out in 1996 using magnetic trapping and rf evaporative cooling failed because of the unusually high inelastic collision rates encountered by this atom. The solution consists in trapping the atoms in the lowest energy state. This can be performed in an optical trap or in a hybrid trap, both magnetic and optical. Recently R. Grimm's group demonstrated cesium BEC with an optical trap. The solution discussed in this work combines a vertical magnetic trap and a transversal optical trap created by a laser beam Nd: YAG. The experimental apparatus has been completed, and the hybrid trap has been partly characterized. The 4 s lifetime is the current limitation of the trap and is discussed on the basis of some assumptions. The collisionnal dynamics are analysed from the atomic cloud oscillations while varying the magnetic field. Actually, the elastic collision rate of the atoms inside the trap is low, because of a low density. In the same time, numerical calculations have been performed. This theoretical work has two parts. The first one consists in a Monte-Carlo simulation of one dimension evaporative cooling in our set-up. These results figure out the direction we should follow towards BEC. The second part relies on the application of an asymptotic method for studying collisions in a magnetic field between two atoms in their ground state f=3, mf=3. This study motivated by the existence of a Feshbach resonance for this state allows the interpretation of a photoassociation experiment. In this experiment, the tunability of the scattering length with respect of the magnetic field has been observed
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Kermaidic, Yoann. "Mesure du moment dipolaire électrique du neutron : analyse de données et développement autour du ¹⁹⁹Hg." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY055/document.

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Abstract:
Un moment dipolaire électrique permanent (EDM) est une propriété fondamentale des systèmes simples comme par exemple l'électron, les atomes/molécules ou le neutron dont l'existence est prédite par le Modèle Standard de la physique des particules (MS) mais qui n'a pas pour l'heure jamais été observée. Cette observable violant la symétrie CP offre la possibilité de relier la physique des particules à l'énigme cosmologique fondamentale de l'asymétrie baryonique de l'Univers observée de nos jours. Produire une telle asymétrie requiert de nouvelles sources/de nouveaux mécanismes de violation de CP, hors MS, qui peuvent être sondés de façon privilégiée par les recherches d'EDM. La sensibilité des expériences EDM actuelles se trouve des ordres de grandeurs au-dessus des prédictions du secteur faible du MS. L'absence de signal, après 60 ans de quête, détermine la limite supérieure la plus forte sur la violation de CP dans le secteur fort du MS et contraint l'espace des phases des modèles de nouvelle physique. A contrario, la mesure d'un EDM non nul dans les années à venir pourra s'interpréter comme le signal d'une physique au-delà du MS évoluant à l'échelle multi-TeV. Dans cette perspective envoûtante, de nombreux nouveaux projets de mesures des EDM ont vu le jour ces dernières années et d'importants efforts sont poursuivis auprès du neutron notamment. Ce manuscrit présente la recherche de l'EDM du neutron menée auprès de l'expérience la plus sensible à ce jour basée à l'Institut Paul Scherrer en Suisse
A permanent electric dipole moment (EDM) is a fundamental property of simple systems such as the electron, atoms/molecules or the neutron whose amplitude is expected to be non-zero within the Standard Model of particles physics (SM) but which has never been observed so far. This observable violating the CP symmetry offers the opportunity to link particle physics to the fundamental cosmological enigma of the observed baryon asymmetry of the Universe. Such an asymmetry requires new CP violation sources/mechanism beyond the SM, which can be best probed by EDM searches. The current EDM experiments sensitivity is order of magnitude above the weak SM sector predictions. Measuring a null EDM, after a 60 years quest, set the strongest upper limit on the CP violation in the strong SM sector and constrains the new physics models phase space. On the contrary, measuring a non-zero EDM in the coming years can be understood as a signal from physics beyond the SM evolving at a multi-TeV scale. In this haunting perspective, many new EDM projects raised in the last years and important efforts are pursued near the neutron in particular. This manuscript present the neutron EDM search near the most sensitive experiment running at the Paul Scherrer Institute in Switzerland
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Fuhrmanek, Andreas. "From single to many atoms in a microscopic optical dipole trap." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00655970.

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Abstract:
This thesis focuses on the manipulation of rubidium 87 atoms in a microscopic optical dipole trap. The experiments are performed in various regimes where the number of atoms in the microscopic trap ranges from exactly one atom to several thousands on average.The single atom regime allows us to calibrate the experimental setup. We use it a quantum bit, which state we can prepare and read out with efficiencies of 99.97% and 98.6%, respectively. When several atoms are loaded in the microscopic trap we observe a sub-Poissonian distribution of the number of atoms due to light-assisted collisions in the presence of near-resonant light. A study of these collisions in our particular case (microscopic trap) reveals extremely high loss rates approaching the theoretical Langevin limit. Finally, we demonstrate that the loading of the microscopic trap is more efficient when we superimpose on this trap a second macroscopic trap, which we use as an atom reservoir. This reservoir allows us to load the micro trap from the macro trap in the absence of any near-resonant light, thus avoiding light-assisted collisions.The loading of the micro trap from the macro trap leads to optimal initial conditions for forced evaporation towards Bose-Einstein condensation with about ten atoms only. After evaporation we reach phase-space densities approaching the degenerate regime.
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Diry, Fabienne. "Holographie dynamique pour les atomes froids : modes de Laguerre-Gauss et leurs variantes." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00642811.

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Abstract:
Cette thèse porte sur le façonnage de lasers par holographie en vue de créer des potentiels dipolaires pour les atomes froids. Le dispositif expérimental utilisé pour façonner le laser et modifier sa phase est un modulateur spatial de lumière (SLM). Grâce à ce SLM, il est possible de fabriquer des faisceaux dont le centre est noir, appelés faisceaux creux. Ces derniers sont de bons candidats pour piéger des atomes froids lorsqu'ils sont utilisés avec un laser désaccordé vers le bleu. Les atomes sont alors attirés vers le centre noir du faisceau ce qui limite les pertes d'atomes par émission spontanée. Nous avons ainsi généré des modes de Laguerre-Gauss LG0l quasi-purs dans lesquels nous avons guidé des atomes froids. L'avantage de ces modes est que l'hologramme permettant de les produire, une hélice de phase, est analytique. Des résultats quantitatifs sur l'efficacité du guidage d'atomes dans ces modes ont été obtenus et comparés à un modèle calculant l'efficacité de capture. Dans la seconde partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à modifier l'hologramme en hélice analytiquement pour générer d'autres faisceaux creux. Afin de savoir quelle phase appliquer sur le SLM, nous avons développé un modèle pour connaître les caractéristiques du faisceau fabriqué en tout point de l'axe de propagation. Ce modèle est basé sur la décomposition du champ sur la base des modes de Laguerre-Gauss LGpl . Nous avons ainsi généré une ouverture dans la circonférence des Laguerre-Gauss et fabriqué des croix se transformant en polygones au cours de leur propagation. Ces potentiels permettent d'envisager de nouvelles expériences dont l'étude des systèmes chaotiques.
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Roccia, Stéphanie. "La co-magnétométrie mercure pour la mesure du moment électrique dipolaire du neutron : optimisation et application au test de l'invariance de Lorentz." Grenoble 1, 2009. https://theses.hal.science/tel-00440287.

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Abstract:
Cette thèse traite de la magnétométrie dans le cadre de la mesure du moment électrique dipolaire du neutron avec le spectromètre RAL/Sussex/ILL. En particulier, le co-magnétomètre mercure, pré-existant, a été modélisé et optimisé en vue de son utilisation pour les prochaines mesures au Paul Scherrer Institut (Villigen, Suisse) en 2010-2012. Sur la base de données prises à l'Institut Laue-Langevin (Grenoble, France), la complémentarité entre la magnétométrie externe césium et la co-magnétométrie mercure a été étudiée. Un tel système de double magnétométrie est unique. Cette étude débouche sur une méthode permettant un meilleur controle des erreurs systématiques liées au co-magnétomètre mercure et sur une nouvelle contrainte sur des couplages exotiques du neutron libre violant l'invariance de Lorentz
In this thesis, magnetometry is studied in the context of the neutron Electric Dipole Moment (nEDM) measurement with the RAL/Sussex/ILL spectrometer. In particular, the pre-existing mercury co-magnetometer has been modeled and optimized to be used in the next nEDM measurement at the Paul Scherrer Institut (Villigen Suisserland) in 2010-2012. Using data taken at the Institut Laue-Langevin (Grenoble, France), the complementarity between external cesium magnetometry and mercury co-magnetometry has been studied, bringing two results : - a best way to control systematics due to the co-magnetometer - a limit on the neutron anomalous couplings that violates Lorentz invariance
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Jacob, David. "Condensats de Bose-Einstein de spin 1 : étude expérimentale avec des atomes de sodium dans un piège optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00730750.

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Abstract:
Mon projet de thèse a eu pour objectif l'étude des propriétés magnétiques de condensats de Bose-Einstein d'atomes de Sodium confinés dans un piège optique. Dans la première partie, nous présentons le dispositif expérimental et le protocole suivi pour la production tout-optique de condensats. La première étape consiste dans le chargement d'un piège dipolaire croisé désaccordé vers le rouge à partir d'atomes pré-refroidis dans un piège magnéto-optique. La deuxième étape est le refroidissement évaporatif dans un piège dipolaire composite, combinaison du piège dipolaire croisé avec un faisceau fortement focalisé. Nous sommes ainsi capables de réaliser des condensats de Bose-Einstein quasi-purs contenant environ 3000 atomes. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons aux propriétés magnétiques qui découlent de la présence de trois espèces de spin simultanément piégées. Nous présentons des méthodes de contrôle de la magnétisation des nuages ultra-froids, ainsi que des procédures de diagnostic de la composition de spin. Nous utilisons ces échantillons pour explorer le diagramme de phase à basse température, en fonction de la magnétisation et du champ magnétique. Nous montrons l'accord satisfaisant de ces résultats expérimentaux avec une théorie de champ champ moyen dans l'approximation de mode commun. Enfin, nous observons des fluctuations anormales des populations à bas champ et basse magnétisation. On les relie à des fluctuations collectives tendant à restaurer la symmétrie de spin, qui disparaissent à la limite thermodynamique mais sont présentes dans nos échantillons de taille finie.
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Raskop, Jérémy. "Quantum optics with single collective excitations of nanofiber-trapped arrays of atoms." Thesis, Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS005.

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Abstract:
Cette thèse traite des interactions entre des photons guidés par une nanofibre optique et des réseaux d'atomes piégés. Notre montage expérimental consiste en un piège dipolaire bicolore compensé, généré dans le champ évanescent d'une nanofibre et permettent de piéger des atomes de césium de part et d'autre de la fibre. Une épaisseur optique de plus de 130 est obtenue avec quelques milliers d'atomes seulement. Nous démontrons la capacité de préparer les atomes piégés dans un sous-niveau Zeeman unique, bien qu'avec une efficacité limitée. Cette étape est importante pour la réalisation de mémoires quantiques avec de longs temps de vie avec notre plateforme fibrée. Le résultat principal que nous présentons est la réalisation d'une excitation collective unique dans l'ensemble d'atomes. L'excitation est annoncée par la détection d'un photon émis dans le mode guidé. Nous sommes alors capables de lire l'état atomique et récupérer un photon unique dans le mode guidé avec une efficacité jusqu'à 25%. Ce résultat consiste en une première démonstration d'un état atomique intriqué, couplé préférentiellement à un guide d'onde, une étape importante dans le contexte de l’électrodynamique quantique avec des guides d'ondes
This thesis focuses on the study of interactions between photons guided by an optical nanofiber and arrays of trapped atoms. Our experimental setup consists in a two-color compensated dipole trap located in the evanescent field of an optical nanofiber in a ultra-high vacuum chamber. Cold cesium atoms are trapped in two 1D arrays above and below the nanofiber. An optical depth of over 130 is achieved with only a few thousand atoms. We demonstrate the ability to prepare the trapped atoms in a single Zeeman sub-level, albeit with limited efficiency. This is an important step towards the realization of a long-lived quantum memory with our fibered platform. The main result of this thesis concerns the initialization of a single collective excitation coupled to the nano-waveguide. The excitation is heralded by the detection of a Raman scattered photon in the nanofiber. We are then able to readout the atomic state and retrieve a single photon in the guided mode with an efficiency of up to 25%. This result is the first demonstration of an atomic entangled state preferentially coupled to a waveguide. It is a milestone in the context of the emerging waveguide-QED approach, with applications to quantum networking, quantum non-linear optics and quantum many-body physics
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Khalili, Guyve. "Réalisation d'une source d'électrons par ionisation d'un jet d'atomes de césium refroidis par laser." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112103/document.

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Abstract:
Les faisceaux d’électrons et d’ions sont au cœur de nombreuses techniques instrumentales servant à explorer, analyser et agir sur des matériaux à l’échelle du micromètre au nanomètre (Microscopie électronique, spectrométrie d’électrons, techniques de « FIB »). Les limites de résolution spatiale et énergétique de ces techniques dépendent en grande partie des propriétés des sources qu’elles utilisent et en particulier de leur température de fonctionnement. De fait, depuis plus de 10 ans, le potentiel des atomes froids ionisés comme nouveau type de source d’électrons ou d’ions est intensivement exploré.Le projet expérimental réalisé au LAC et décrit dans cette thèse utilise un jet d’atomes de césium issu d’un piège magnéto-optique à deux dimensions. La température transverse du jet est de l’ordre de 100 µK. Malgré cela, le jet est encore trop divergent après la sortie de la zone de refroidissement pour notre expérience. Afin guider le jet d’atomes jusqu’à la zone d’ionisation, nous avons étudié une méthode particulière de guidage dipolaire. L’utilisation d’un seul laser convenablement réglé nous a permis de guider et pousser les atomes du jet en même temps tout en limitant le chauffage. Nous avons ainsi pu compresser avec ce laser pousseur-guideur le jet d’atomes sur un diamètre de 400 µm à 60 cm de la zone de refroidissement du PMO-2D.Le jet est ensuite ionisé par la méthode d’ionisation en champ électrique statique d’atomes de Rydberg. Les atomes sont tout d’abord excités par laser sur un état de Rydberg (n~30) en présence d’un champ électrique uniforme et homogène. Les atomes du jet ainsi excités voyagent vers une zone présentant un fort gradient de champ où ils vont alors s’ioniser autour de la même valeur de potentiel, réduisant ainsi la taille de la zone d’ionisation et donc de la dispersion en énergie potentielle initiale du faisceau d’électron. La probabilité d’ionisation des atomes dans le champ dépend grandement de l’état de Rydberg préalablement excité. Le choix de l’état de Rydberg optimal, i.e. qui a une probabilité d’ionisation la plus grande possible, nécessite une étude de l’ionisation des états de Rydberg du césium. Un modèle à deux niveaux est présenté dans cette thèse qui permet de retrouver le comportement d’ionisation d’état de Rydberg observé expérimentalement. Ce modèle simple nous a permis de comprendre quel type d’état nous devions exciter. Enfin une étude expérimentale est également présentée
Electron and Ion beams are at the base of many instrumental techniques used to explore, to analyse and to modify materials from the micrometer to the manometer scale (Electronic Microscopy, Electron Spectrometry, Focused Ion beams techniques…). Spatial and Energetic resolutions of these techniques are strongly dependent on its source‘s properties and particularly their working temperature. In fact, for more than ten years, the potential of ionised cold atoms have been intensively studied. Our experiment at LAC, described in this thesis, uses a 2 dimensional magneto-optical trap (2D-MOT) to create a caesium atomic beam. The transverse temperature of the beam is around 100 µK. Despite this, the beam is still too divergent after exiting the cooling area. To guide the atomic beam up to the ionisation area, we have studied and implemented a particular method of dipolar guiding. The use of a unique laser properly set allowed us to push and guide altogether the atoms of the beam while limiting the heating effect. Thus, we have managed to compress the atomic beam’s size to 400 µm at 60 cm from the output of the MOT.Afterward, the atomic beam is ionised by the method of Rydberg (static) field ionisation. The atoms are firstly excited by laser on a Rydberg state (n~30) as a static homogeneous and uniform electric field is applied. The excited atoms of beam travel therefore to a high-gradient field area where they ionise around the same electric potential value, therefore reducing the ionisation area’s size and the initial potential energy spread of the electron beam. The ionisation probability of the atoms in the field depends greatly on the excited Rydberg state. The choice of an optimal Rydberg state , i.e. with the highest probability of ionisation, needs better knowledge of the ionisation of cesium Rydberg states. A two levels model us to describe the ionisation behaviour of some Ryberg. This simple models helps to understand what kind of states we want to excite in order to optimise the ionisation area‘s size. An experimental study of cesium Rydberg states is also presented
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Bouba, Oumarou. "Théories quantique et semi-classique des intégrales radiales de transitions dipolaires et multipolaires des états excités : Applications au calcul des forces d'oscillateur et des probabilités de transition dans l'approximation à une configuration." Orléans, 1986. http://www.theses.fr/1986ORLE0010.

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Abstract:
Calcul des intégrales radiales à l'approximation quasi classique (JWKB) des fonctions d'onde radiales, complétée par une description en termes de trajectoires elliptiques de l'électron optique. Obtention d'expressions analytiques de ces intégrales dont on simplifie le calcul à l'aide d'une méthode basée sur le développement limite d'une fonction bien adaptée à des calculs par interpolation ou extrapolation : elles s'expriment toutes en termes de deux fonctions fondamentales qui ne dépendent que de la différence entre deux nombres quantiques principaux effectifs des états initial et final. Déduction de forces d'oscillateur et probabilités de transition aussi précises que celles obtenues par quantique.
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