Littérature scientifique sur le sujet « Electric dipolar interactions »

Ce travail s'inscrit dans le contexte des recherches sur les gaz quantiques de molécules ultra-froides. Ce domaine en pleine expansion place ce type de système comme plate-forme prometteuse pour le contrôle de gaz quantiques pour des applications comme la simulation quantique ou la chimie ultra-froide.Lorsque ces molécules sont préparées dans leur état fondamental absolu et piégées, les observations révèlent la fuite rapide des molécules du piège par des processus collisionnels encore mal compris, empêchant toute application. Une solution consiste à exposer ces molécules à un champ électromagnétique pour supprimer ces pertes, en écrantant les collisions entre molécules. L'écrantage consiste à transformer les interactions attractives en interactions répulsives.Dans cette thèse, je propose une nouvelle technique d'écrantage des collisions basée sur un processus à deux photons dans le domaine optique. La principale motivation pour cette méthode est de combiner les avantages des techniques existantes dans le domaine microonde, tout en éliminant leurs limitations.Je commence par explorer et modéliser les interactions à longue portée entre les molécules polaires, dominées par l'interaction dipôle-dipôle. Je présente mes calculs des courbes d'énergie potentielle d'interaction à longue portée entre deux molécules dans leur état électronique fondamental ainsi que dans des états électroniques excités. Ce calcul, effectué dans la base couplée des moments angulaires dans le référentiel du laboratoire, a permis d'identifier des configurations où l'interaction entre les molécules est répulsive.Il convient donc de coupler l'état initial attractif des molécules en collision, à cet état répulsif. J'ai modélisé l'interaction entre deux molécules dans un schéma de type Raman à deux photons. A l'infini, les molécules individuelles sont placées dans les conditions de la transparence électromagnétiquement induite (EIT), pour les protéger de la diffusion de photons, qui contribue au réchauffement du gaz quantique.Lorsque les molécules interagissent, j'ai montré que leur exposition aux deux photons se modélise au travers d'un schéma à 5 niveaux, chacun d'entre eux étant composé de multiples composantes. Cela impose la prise en compte de cette complexité intrinsèque pour une représentation fidèle du comportement des molécules, s'éloignant ainsi des modèles connus à petit nombre de niveaux. Les fréquences de Rabi et le décalage en fréquence des deux lasers permettent de contrôler l'évolution de la collision entre molécules. En appliquant la théorie de la diffusion indépendante du temps, j'ai propagé la fonction d'onde des deux molécules, dont l'interaction est décrite par les courbes de potentiel habillées par la lumière, en considérant un formalisme purement quantique. J'ai calculé les taux de collisions élastiques, inélastiques et réactives induites par les lasers. L'objectif a été de déterminer les conditions pour lesquelles le taux de collisions élastiques domine les taux de collisions inélastiques et réactives, traduisant les pertes observées. Pour des valeurs de fréquence de Rabi et de décalage en fréquence compatibles avec les conditions expérimentales typiques, le taux de collisions élastiques demeure inférieur aux autres taux, ce qui empêche un écrantage efficace, tout en démontrant l'influence réelle des lasers. La principale raison de cette efficacité limitée est que le schéma proposé repose sur des interactions dipôle-dipôle du 2ème ordre, qui ne sont pas suffisamment fortes pour induire des couplages assez intenses pour protéger les molécules des pertes.Pour y remédier, nous proposons d'utiliser un faible champ électrique statique, qui pourrait coupler des états au 1er ordre, induisant des interactions dipôle-dipôle plus fortes et donc un écrantage plus efficace. Un tel champ est nécessaire dans les futures expériences visant à étudier les effets anisotropes dans les gaz quantiques moléculaires ultra-froids<br>This work is part of the ongoing research into quantum gases of ultracold molecules. This rapidly expanding field positions these systems as promising platforms for the complete control of quantum gases for applications such as quantum simulation or ultracold chemistry.When these molecules are prepared in their absolute ground state and trapped, observations reveal the rapid escape of molecules from the trap due to collision processes that are still not fully understood, preventing any applications. One solution is to expose these molecules to an electromagnetic field to suppress these losses by "shielding" collisions between molecules. Shielding involves transforming attractive interactions into repulsive ones.In this thesis, I propose a new technique for collision shielding based on a two-photon process in the optical domain. The main motivation for this method is to combine the advantages of existing techniques in the microwave domain while eliminating their limitations.I begin by exploring and modeling long-range interactions between polar molecules, dominated by dipole-dipole interactions. I present my calculations of the potential energy curves of long-range interactions between two molecules in their electronic ground state as well as in electronically excited states. This calculation, carried out in the coupled angular momentum basis in the laboratory frame, allowed me to identify configurations where the interaction between the molecules is repulsive.Thus, it is necessary to couple the attractive initial state of the colliding molecules to this repulsive state. I modeled the interaction between two molecules in a two-photon Raman-type scheme within the dipole approximation. At infinity, the individual molecules are placed in conditions of electromagnetically induced transparency (EIT), to protect them from photon scattering, which contributes to the heating of the quantum gas.When the molecules interact, I showed that their exposure to the two photons is modeled through a 5-level scheme, each of which is composed of multiple components. This imposes the need to consider this intrinsic complexity for a faithful representation of the molecules' behavior, departing from known small-level models. The Rabi frequencies and the detuning of the two lasers allow control over the evolution of the collision between molecules.By applying time-independent scattering theory, I propagated the wave function of the two molecules, whose interaction is described by the light-dressed potential curves, using a purely quantum formalism. I calculated the elastic, inelastic, and reactive collision rates induced by the lasers.My goal was to determine the conditions under which the elastic collision rate dominates the inelastic and reactive collision rates, which account for the observed losses. For Rabi frequency and detuning values compatible with typical experimental conditions, the elastic collision rate remains lower than the other rates, preventing effective shielding, though still demonstrating the real influence of the lasers. The main reason for this limited effectiveness is that the proposed scheme relies on second-order dipole-dipole interactions, which are not strong enough to induce sufficiently intense couplings to protect the molecules from losses.To address this issue, we propose using a weak static electric field, which could couple states at the first order, inducing stronger dipole-dipole interactions and thereby more effective shielding. Such a field is necessary for future experiments aiming to study anisotropic effects in quantum gases of ultracold molecules

This thesis reports the first observation of the resonant electric dipole-dipole interaction between cold Rydberg atoms using microwave spectroscopy, the observation of the magnetic field suppression of resonant interactions, and the development of a unique technique for precise magnetic field measurements. <br /><br /> A Rydberg state 46<em>d</em>_5/2 of laser cooled ⁸⁵Rb atoms has been optically excited. A fraction of these atoms has been transferred to another Rydberg state 47<em>p</em>_3/2 or 45<em>f</em>_5/2,7/2 to introduce resonant electric dipole-dipole interactions. The line broadening of the two-photon 46<em>d</em>_5/2-47<em>d</em>_5/2 microwave transition due to the interaction of 46<em>d</em>_5/2 with 47<em>p</em>_3/2 or 45<em>f</em>_5/2,7/2 atoms has been used as a probe of the interatomic interactions. This experiment has been repeated with a DC magnetic field applied. The application of a weak magnetic field (&le;0. 6G) has reduced the line broadening due to the resonant electric dipole-dipole interaction, indicating that the interactions are suppressed by the field. Theoretical models have been developed that predict the energy shifts due to the resonant electric dipole-dipole interaction, and the suppression of interactions by magnetic fields. A novel technique for sensitive measurement of magnetic fields using the 34<em>s</em>_1/2-34<em>p</em>_1/2 one-photon microwave transition has also been presented. Using this technique, it has been possible to calibrate magnetic fields in the magneto-optical trap (MOT) apparatus to less than 10mG, and put an upper bound of 17mG on any remaining field inhomogeneity.

In this thesis, I present a comprehensive study of the interfacial electronic structure and thin film growth of two types of dipolar organic semiconductors on noble metals by employing a surface science approach, which underlines the critical role of surface electronic states in determining the interfacial electronic structure and self-assembly of organic semiconductors. I show that the electronic structure at organic/metal interfaces is complex and depends on important factors such as molecular adsorption configuration, surface/molecule coupling strength, reactivity of the substrate, molecular electrostatics, and local film structure. I demonstrate the fundamental capability of the image potential states and resonances in probing the local film environment, especially in systems consisting of inhomogeneous film structure. I also show that the presence of adsorbates on a surface allows one to investigate quantum mechanical interference effects otherwise not accessible on the bare surface. The dipolar organic semiconductors studied here are vanadyl naphthalocyanine (VONc) and chloroboron-subphthalocyanine (ClB-SubPc). The single crystals of gold and copper with hexagonal surface symmetry (111) were used to investigate the interfacial properties of VONc and ClB-SubPc, respectively. The fundamental understanding of self-assembly of large π-conjugated organic semiconductors on metals is a crucial step in controlling fabrication of supramolecular structures. Here, I provide a first step in this direction with a detailed and quantitative analysis of molecular nearest-neighbor distances that unravels the fundamental intermolecular interactions of organic semiconductors on transition metal surfaces. I additionally investigated the interfacial electronic structure of these organic semiconductors to examine the relation between molecular adsorption orientation and charge transfer across the interface.

Esta tese relata um estudo pormenorizado, efetuado através da técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) em bandas X (~ 9.5 GHz) e Q (~ 34.5 GHz), de amostras nas formas cristalina e pulverizada dos compostos dinucleares Cu2(TzTs)4, C40H36Cu2N8O8S8, e [Cu(flu)2DMF]2, C62H50Cu2F12N6O10. Tratamentos meticulosos dos espectros de RPE pertinentes a tais compostos propiciaram determinar tanto o parâmetro de interação antiferromagnética, J0, entre pares de íons Cu(II) existentes em uma unidade dinuclear (Hex = J0 S1·S2) como também os valores principais alusivos às matrizes g e D; onde a primeira refere-se à interação Zeeman [Hz = BB0(g1·S1 + g2·S2)] e a última reporta as interações spin-spin anisotrópicas (Hani = S1·D·S2) entre pares de íons Cu(II) presentes em uma unidade dinuclear. Ademais, medidas de RPE realizadas com um monocristal do composto Cu2(TzTs)4 permitiram detectar e estimar, no contexto interdinuclear, o fraco acoplamento de exchange, |J\'| = (0.060 ± 0.015) cm-1, existente entre unidades dinucleares vizinhas: este acoplamento existente entre uma unidade dinuclear e o meio randômico constituído pelas unidades dinucleares vizinhas conduz à decoerência (i.e. uma transição de fase quântica que colapsa a interação dipolar quando a magnitude do acoplamento de exchange isotrópico entre as unidades dinucleares vizinhas iguala-se à magnitude do acoplamento dipolar intradinuclear). No âmbito concernente ao composto [Cu(flu)2DMF]2, foi possível simular acuradamente as sete linhas de ressonância características do desdobramento hiperfino advindo de n = 2 núcleos equivalentes de centros paramagnéticos Cu2+ (I = 3/2) e, por conseguinte, os valores principais pertinentes à matriz de interação hiperfina A (Hhyper = S1·A·I1 + S2·A·I2) puderam ser precisamente determinados.<br>We report detailed Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies at X-band (~ 9.5 GHz) and Q-band (~ 34.5 GHz) of powder and single-crystal samples of the dinuclear compounds Cu2(TzTs)4, C40H36Cu2N8O8S8, and [Cu(flu)2DMF]2, C62H50Cu2F12N6O10. Meticulous investigations of their EPR data allow determining the antiferromagnetic interaction parameter, J0, between Cu(II) ions in the dinuclear unit (Hex = J0 S1·S2) as well as the principal values of both matrices g and D, where the first one is related to the Zeeman interaction [Hz = BB0(g1·S1 + g2·S2)] and the latter is associated with the anisotropic spin-spin interactions (Hani = S1·D·S2) between Cu(II) ion pairs in a dinuclear unit. In addition, EPR measurements of single-crystal samples of the compound Cu2(TzTs)4 allow detecting and estimating very weak exchange couplings between neighbour dinuclear units with an estimated magnitude |J\'| = (0.060 ± 0.015) cm-1: this coupling with the environment leads to decoherence (i.e. a quantum phase transition that collapses the dipolar interaction when the isotropic exchange coupling with neighbor dinuclear units equals the magnitude of the intradinuclear dipolar coupling). With reference to [Cu(flu)2DMF]2 compound, it was possible to simulate precisely the seven-line copper hyperfine splitting arising from n = 2 nonequivalent nuclei related to paramagnetic Cu2+ (I = 3/2) centers and, as a consequence of these accurate simulations, the principal values of the hyperfine interaction matrix A (Hhyper = S1·A·I1 + S2·A·I2) could be reliably obtained.

Cette these est consacree a l'etude de la transition isolant-metal dans les systemes polaires dopes. Les premiers chapitres constituent une breve introduction a la physique des polarons. Apres avoir passe en revue les differents modeles et approximations disponibles pour decrire la formation de polarons, nous nous concentrons sur le modele de frohlich, qui permet de traiter sur le meme pied la formation des polarons et les interactions coulombiennes a longue portee. Nous observons que la repulsion entre les particules est dominante dans un systeme de n polarons larges a basse densite, ce qui provoque leur cristallisation. Le troisieme chapitre est consacre a l'etude du cristal de polarons dans l'approximation de champ moyen de wigner. Les proprietes de l'etat fondamental sont analysees en fonction du couplage electron-phonon, de la densite et de la temperature, a travers la methode des integrales de chemin de feynman. En nous basant sur le critere de lindemann, nous montrons qu'il existe deux mecanismes en competition pour la transition isolant-metal : la fusion du cristal conduite par les fluctuations des particules localisees, relevante en couplage faible et intermediaire, et la dissociation des polarons, valable en couplage fort lorsque la polarisation est trop lente pour suivre le mouvement rapide des electrons. Le dernier chapitre concerne l'inclusion des interactions dipolaires entre les particules localisees. Nous developpons un modele quadratique, base sur l'approche de feynman, qui permet de decrire en premiere approximation le spectre d'excitations de basse energie et les proprietes dielectriques du cristal. La stabilite de la phase cristallisee par rapport aux excitations collectives est egalement analysee et nous proposons une signature experimentale pour la transition isolant-metal.

Une étude théorique ab initio des structures électroniques des molécules Diatomiques polaires BN, SiN et LaH dans la représentation 2s+1Λ(+/-)Ont été effectués par la méthode du champ auto-cohérent de l'espace Actif complet (CASSCF), suivie par l'interaction de la configuration multiréférence (MRSDCI). La correction de Davidson, notée (MRSDCI+ Q), a ensuite été appliquée pour rendre compte de clusters ou agrégats quadruples non liés. L'ensemble de l'espace de configuration de CASSCF a été utilisé comme référence dans le calcul MRCI, qui a été effectués en utilisant le programme de calcul de chimie physique MOLPRO et en tirant parti de l'interface graphique Gabedit. Quarante-deux de plus bas états électroniques dans la représentation 2s+1Λ(+/-)au-dessous de 95000 cm-1 ont été étudiés de la molécule BN. Alors que vingt-huit états électroniques dans les représentations 2s+1Λ(+/-) jusqu'à 70000 cm-1 de la molécule de SiN ont été étudiés. D'autre part, les vingt-quatre bas états électroniques de LaH dans les représentations 2s+1Λ(+/-) au-dessous de 70000 cm-1 ont été étudiées par deux méthodes différentes et en prenant en considération l'effet des spin-orbite de la molécule LaH et nous avons observé la division énergétique des huit états électroniques. Les courbes d'énergie potentielle ont été construites avec la fréquence co-harmonique ωe, la distance internucléaire de l'équilibre re, les constantes de rotation Be. L'énergie électronique par rapport à l'état fondamentale Te a été calculé pour les états électroniques considérés comme des BN, SiN et la molécule LaH respectivement. En utilisant l'approche des fonctions canoniques, les valeurs propres Ev, les constantes rotationnelles Bv, la constante de distorsion centrifuge Dv et les abscisses des points de retournement Rmin and Rmax ont été calculés pour les états électroniques au niveau de vibration v=51 pour LaH molécule. Dix-huit et neuf états électroniques ont été étudiées pour la molécule BN et SiN respectivement. Pour LaH, vingt-trois états électroniques de la molécule LaH et l'effet de spin-orbite de molécule LaH sont donnés ici pour la première fois. La comparaison avec les données expérimentales et théoriques pour la plupart des constantes calculées démontre une très bonne précision. Enfin, ces résultats devraient ainsi mener à des études expérimentales plus poussées pour ces molécules. Nos résultats ont été publiés dans le Canadian Journal of Chemistry, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, nous avons deux autres articles en préparation à soumettre<br>In the present work a theoretical investigation of the lowest molecular states of BN, SiN and LaH molecule, in the representation 2s+1Λ(+/-), has been performed via complete active space self-consistent field method (CASSCF) followed by multireference single and double configuration interaction method (MRSDCI). The Davidson correction noted as (MRSDCI+Q) was then invoked in order to account for unlinked quadruple clusters. The entire CASSCF configuration space was used as a reference in the MRCI calculation which has been performed via the computational chemistry program MOLPRO and by taking advantage of the graphical user interface Gabedit. Forty-two singlet, triplet, and quintet lowest electronic states in the 2s+1Λ(+/-) representation below 95000 cm-1 have been investigated of the molecule BN. While twenty-eight electronic states in the representation2s+1Λ(+/-)up to 70000 cm-1 of the SiN molecule have been investigated.On the other hand the Twenty four low-lying electronic states of LaH in the representation 2s+1Λ(+/-) below 35000 cm-1 have been studied by two different methods and by taking into consideration the spin orbit effect of the molecule LaH we give in the energy splitting of the eight electronic states. The potential energy curves (PECs) together with the harmonic frequency ωe, the equilibrium internuclear distance re, the rotational constants Be and the electronic energy with respect to the ground state Te have been calculated for the considered electronic states of BN, SiN and LaH molecule respectively. Using the canonical functions approach, the eigenvalues Ev, the rotational constants Bv ,the centrifugal distortion constants Dv and the abscissas of the turning points Rmin and Rmax have been calculated for electronic states up to the vibrational level v =51 for LaH molecule.Eighteen and Nine electronic states have been investigated here for the first time for the molecules of BN and SiN respectively, while for LaH, news results are performed for twenty three electronic states of LaH molecule and the spin-orbit effect of LaH molecule is given here for the first time. A comparison with experimental and theoretical data for most of the calculated constants demonstrated a very good accuracy. Finally, we expect that the results of our work should invoke further experimental investigations for these molecules. Our results have been published in Canadian journal of chemistry, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer and we have two other papers in preparation to submit