30 Novembre – Soutenance de thèse - Maxime Bellouvet

13 h30 Amphithéâtre IOA - LP2N Institut d’Optique d’Aquitaine (Campus de Talence)

Condensation de Bose-Einstein et simulation d'une méthode de piégeage d'atomes froids dans des potentiels sublongueur d'onde en champ proche d'une surface nanostructurée.

Depuis plusieurs décennies un intérêt est né pour combiner deux systèmes quantiques pour former un système hybride quantique (SHQ) aux qualités qu'il serait impossible d'atteindre avec un seul des deux sous-constituants. Parmi les systèmes quantiques, les atomes froids se distinguent par leur fort découplage de l'environnement, permettant un contrôle précis de leurs propriétés intrinsèques. En outre, les simulateurs quantiques réalisés en piégeant des atomes froids dans des réseaux optiques présentent des propriétés contrôlables (échelle d'énergie, géométrie,...) qui permettent d'étudier de nouveaux régimes intéressants en physique de la matière condensée. Dans cette quête de phases quantiques exotiques (e.g., antiferromagnétisme), la réduction de l'entropie thermique est un défi crucial. Le prix à payer pour atteindre de si faibles température et entropie est un long temps de thermalisation qui limite la réalisation expérimentale. La réduction de la période du réseau est une solution prometteuse pour augmenter la dynamique du système. Les SHQs avec des atomes froids offrent de riches perspectives mais requiert d'interfacer des systèmes quantiques dans des états différents (solide/gaz) à des distances très proches, ce qui reste un défi expérimental.

Le projet AUFRONS, dans lequel s'inscrit cette thèse, vise à refroidir un gaz d'atomes froids jusqu'au régime de dégénérescence quantique puis de transporter et piéger ce nuage en champ proche d'une nanostructure. L'idée est d'obtenir un gaz d'atomes froids piégé dans un réseau bidimensionnel aux dimensions sublongueur d'onde, à quelques dizaines de nm de la structure. Un des objectifs est d'étudier les interactions au sein du réseau mais également le couplage des atomes avec les modes de surface. Le travail réalisé durant cette thèse se décompose en une partie expérimentale et une partie théorique. Dans la première nous présentons le refroidissement d'atomes de 87Rb jusqu'au régime de dégénérescence quantique. La seconde partie est consacrée aux simulations théoriques d'une nouvelle méthode que nous avons implémentée pour piéger et manipuler des atomes froids à moins de 100 nm d'une nanostructure. Cette méthode, qui tire profit de la résonance plasmonique et des forces du vide (effet Casimir-Polder), permet de créer des potentiels sublongueur d'onde aux paramètres contrôlables. Nous détaillons ainsi les calculs des forces optiques et des forces du vide que nous appliquons au cas d'un atome de 87Rb en champ proche d'une nanostructure 1D.

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