Les deux équipes « Condensats de Bose-Einstein » (BEC) et « Gaz Quantiques Magnétiques » (GQM) qui constituent l’axe « Gaz Quantiques », étudient les propriétés de transport et de magnétisme de gaz dégénérés constitués de bosons ou de fermions ultra-froids. Dans les expériences menées en étroite collaboration par ces deux équipes, le niveau de contrôle et les outils d’analyse sont tels que les systèmes qu’elles créent et qu’elles étudient, peuvent apporter des contributions significatives à la physique du problème quantique à n-corps. Les expériences menées réalisent des simulateurs quantiques de processus de la physique de la matière condensée. Les quatre dispositifs expérimentaux basés sur quatre espèces atomiques différentes permettent ainsi d’aborder des problématiques dans les domaines du magnétisme quantique et de la supraconductivité. L’axe développe également une activité théorique en synergie avec les projets expérimentaux.
Condensats de Bose-Einstein (BEC)
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Notre groupe est spécialiste de la manipulation de gaz quantiques dans des pièges adiabatiques, obtenus en combinant un champ magnétique statique et un champ radio-fréquence. Nos recherches actuelles concernent la superfluidité des gaz quantiques confinés dans un potentiel annulaire.
L'objectif de cette expérience est de produire un gaz dégénéré unidimensionnel de sodium sur une puce à atome. Des champs radiofréquences et micro-ondes produits sur la puce permettront de manipuler le gaz et d'en contrôler ses propriétés d'interaction pour explorer son spectre d'excitation.
Gaz quantiques magnétiques (GQM)
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Une nouvelle phase de la matière apparaît lorsqu’un gaz constitué d’atomes est refroidi en-dessous d’une température critique. Il se produit alors un phénomène appelé condensation de Bose-Einstein ; au cours de cette transition de phase, un système de taille macroscopique est créé dont les propriétés sont dictées par la physique quantique. Nous réalisons des expériences pour étudier ces gaz quantiques avec un intérêt particulier porté à leurs propriétés magnétiques.
Nous étudions des gaz quantiques de Chrome, dont les propriétés collectives sont marquées par de fortes interactions dipôle-dipôle. En particulier, nous étudions l’impact de ces interactions sur les propriétés magnétiques du nuage de Chrome. Ces expériences sont réalisées dans un condensat de Bose-Einstein, ou bien après avoir localisé les atomes dans un réseau optique.
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Notre expérience produit des gaz quantiques de strontium fermioniques, pour l’étude du magnétisme quantique dans des réseaux optiques. Les propriétés magnétiques sont pilotées par des interactions de contact indépendantes de l’état de spin et par le principe de Pauli ; la symétrie SU(N) par rotation dans l’espace des spins jouera un rôle majeur permettant l’apparition de phases magnétiques exotiques. Grâce aux raies étroites du strontium, nous développons des protocoles de mesure et de préparation originaux : mesure tomographique non limitée par diffraction résolvant les sites du réseau, préparation de textures de spin de basse énergie pour l’étude de leur dynamique hors équilibre.
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