LPL - Laboratoire de Physique des Lasers

Gaz quantiques magnétiques (GQM)

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Gaz quantiques magnétiques - Strontium

Pierre Bataille (PhD), Andrea Litvinov (PhD), Olivier Gorceix, Bruno Laburthe-Tolra, Martin Robert-de-Saint-Vincent


Anciens membres : Etienne Maréchal, Isam Manai


Principaux collaborateurs :
John Huckans, Bloomsburg University, Etats-Unis d’Amérique
Marc Cheneau, Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau, France
Rodolphe Le Targat et Jérôme Lodewyck, LNE-SYRTE, Paris, France
Tommaso Roscilde, Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure de Lyon, France

 

Gas quantiques de grand spin manipulés sur une raie étroite

Le magnétisme quantique dans des ensembles de particules de spin élevé ouvre des perspectives originales face aux gaz d’électrons de spin 1/2. Par exemple, des phases aux propriétés topologiques intéressantes pour le traitement de l'information quantique, ou encore de nouveaux mécanismes pour l’émergence de la superfluidité, sont attendus. De nombreux parallèles peuvent être tirés avec la frustration magnétique. Pour appréhender ceci, notre expérience produit des gaz dégénérés de strontium 87 ultrafroid, fermionique et de grand spin F = 9/2, dans des potentiels périodiques créés par laser (des réseaux optiques). Outre son grand spin, 87Sr présente des propriétés d’interactions rares : contrairement à la plupart des espèces (notamment le Chrome utilisé dans notre autre expérience), les interactions entre deux atomes ne dépendent pas de leurs projections de spin. Seul le principe de Pauli, inhibant toute interaction directe entre deux fermions identiques, résulte en une interaction magnétique effective. Nous projetons d’étudier comment intrication et ordre magnétique se développent en fonction de la symétrie SU(N) associée à l’invariance des interactions par rotation dans l’espace des spins, où N pourra être ajusté en contrôlant le nombre d’états de spin peuplés. Nous pourrons ainsi passer du régime familier SU(N=2), analogue aux électrons dans des réseaux cristallins, jusqu’au régime nouveau 5≤N≤10.

 

Notre approche associe physique à N corps et mesures de précision, en implémentant de nouveaux protocoles expérimentaux reposant sur la forte sélectivité énergétique permise par les raies étroites du strontium, si utilisées en métrologie. D’une part, nous développons un protocole de détection super-résolue, assimilable à une tomographie, pour mesurer le spin de chaque atome sur chaque site du réseau. D’autre part, le couplage spin-orbite induit par des lasers proches de la transition d’intercombinaison du strontium nous permet des manipulations intéressantes du degré de liberté de spin; nous allons exploiter ceci pour réaliser des textures de spin de basse énergie et étudier leur dynamique hors équilibre.

Image résolue en spin et en vitesse d’un gaz dégénéré de Strontium 87 sur notre expérience

Figure : Image résolue en spin et en vitesse d’un gaz dégénéré de Strontium 87 sur notre expérience.

 

Plus d’informations, sur le site de l’équipe : > http://www-lpl.univ-paris13.fr/gqm/


Offres de stages, thèses, post-docs… à pourvoir!


Contacts
Martin Robert-de-Saint-Vincent
ou Bruno Laburthe-Tolra

 

Financements
CNRS
, UP13, DIM Nano’K – IFRAF, DIM SIRTEQANR, Labex FIRST-TF

 

Références

  1. Adiabatic spin-dependent momentum transfer in an SU(N) degenerate Fermi gas,
    P. Bataille, A. Litvinov, I. Manai, J. Huckans, F. Wiotte, A. Kaladjian, O. Gorceix, E. Maréchal, B. Laburthe-Tolra, M. Robert-de-Saint-Vincent,
    Phys. Rev. A 102, 013317 (2020)

  2. Shelving spectroscopy of the strontium intercombination line,
    I. Manai, A. Molineri, C. Fréjaville, C. Duval, P. Bataille, R. Journet, F. Wiotte, B. Laburthe-Tolra, E. Maréchal, M. Cheneau, M. Robert-de-Saint-Vincent,
    J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 53, 085005 (2020)

  3. Dissipative cooling of spin chains by a bath of dipolar particles,
    M. Robert-de-Saint-Vincent, P. Pedri, B. Laburthe-Tolra,
    New Journal of Physics 20, 073037 (2018)

 

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