LPL - Laboratoire de Physique des Lasers

Gaz quantiques magnétiques (GQM)

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Gaz quantiques magnétiques - Chrome

Bruno Laburthe-Tolra, Laurent Vernac, Etienne Maréchal, Robert Martin de Saint Vincent, Paolo Pedri, Olivier Gorceix, Steven Lepoutre (post doctorant), Lucas Gabardos (doctorant), Kaci Kechadi (doctorant)
Ancien membre : Bruno Naylor (en post doc à l’ICFO, Barcelone)

 

Résultats depuis 2013
Les atomes de chrome dans leur état fondamental ont un grand spin, et un grand moment magnétique. Les interactions dipôle-dipôle, anisotropes et à longue portée, confèrent aux gaz ultrafroids d’atomes de chrome des propriétés spécifiques que nous explorons expérimentalement.

 

Une plateforme expérimentale pour la simulation quantique
En chargeant un condensat de Bose Einstein (BEC) dans un réseau optique profond, nous avons obtenu un état d’isolant de Mott d’une espèce dipolaire, où chaque spin est couplé à de nombreux voisins. Dans ce système à N-corps l’interaction d’échange de spin conduit à une dynamique qui ne peut être reproduite par des théories de champ moyen. Un bon accord est obtenu par une modélisation en plaquette qui prend en compte les corrélations quantiques [1]. Nous avons aussi étudié comment le transport modifie la dynamique de spin en réduisant la profondeur du réseau, ce qui démontre les potentialités de notre système pour la simulation quantique [2].

 

Contrôle et utilisation du degré de liberté de spin
Dans un BEC de chrome, les collisions dipolaires inélastiques couplent les degrés de spin et orbitaux ; on peut ainsi thermaliser l’état de spin. Nous avons tiré parti de cette propriété pour démontrer un nouveau processus de refroidissement, consistant à purifier le BEC après transfert d’atomes thermiques dans des états excités de spin [3]. Dans une autre étude nous avons analysé la compétition entre dynamique de spin et condensation en refroidissant rapidement un gaz thermique avec plusieurs états de spin peuplés [4].

 

Production d’une nouvelle Mer de Fermi dipolaire
Nous avons obtenu la première Mer de Fermi de chrome (isotope 53Cr), malgré une faible abondance isotopique, et une structure atomique complexe. Une section efficace de collision inter-espèce favorable permet d’optimiser l’évaporation du mélange boson-fermion [5]. Ce nouveau gaz quantique permettra des études nouvelles de magnétisme quantique en réseaux optiques.

 

Figure de la référence [4], B. Naylor et al. , Phys. Rev. Lett. 117, 185302 (2016)

Production d’un BEC à plusieurs composantes de spin : expérience (a) et simulations (b). Fraction condensée en fonction du temps de refroidissement (c).

Production d’un BEC à plusieurs composantes de spin : expérience (a) et simulations (b). Fraction condensée en fonction du temps de refroidissement (c).

 

Contacts

Bruno Laburthe-Tolra ou Laurent Vernac

 

Références

  1. De Paz A., Sharma A., Chotia A., Maréchal E., Huckans J.H., Pedri P., Santos L., Gorceix O., Vernac L., Laburthe-Tolra B.,
    Non-equilibrium quantum magnetism in a dipolar lattice gas,
    Physical review letters, 111, 185305, (2013)
  2. de Paz A., Pedri P., Sharma A., Efremov M., Naylor B., Gorceix O., Maréchal E., Vernac L., Laburthe-Tolra B.,
    Probing spin dynamics from the Mott insulating to the superfluid regime in a dipolar lattice gas,
    Physical Review A Rapid Communications, 93, 021603(R), (2016)
    .

  3. Naylor B., Maréchal E., Huckans J.H., Gorceix O., Pedri P., Vernac L., Laburthe-Tolra B.,
    Cooling of a Bose-Einstein Condensate by spin distillation,
    Physical review letters, 115, 243002, (2015)
    .

  4. Naylor B., Brewczyk M., Gajda M., Gorceix O., Maréchal E., Vernac L., Laburthe-Tolra B.,
    Competition between Bose Einstein Condensation and spin dynamics,
    Physical review letters, 117, 185302, (2016)
    .

  5. Naylor B., Reigue A., Maréchal E., Gorceix O., Laburthe-Tolra B., Vernac L.,
    A chromium dipolar Fermi sea,
    Physical Review A, 91, 011603(R), (2015)
    .

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