10 septembre 2014
Page modifiée le vendredi 13 avril 2012
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2014
Contrôler les interactions atome-surface à l’échelle nanométrique grâce à la température

Contrôler les interactions atome-surface à l’échelle nanométrique grâce à la températureLes physiciens le savent bien : un objet chauffé au-dessus du zéro absolu émet un rayonnement « thermique », dont l’étude approfondie mènera à la révolution quantique au début du XXème siècle. Cependant ce rayonnement idéal dit « du corps noir » n’existe que lorsqu’on se situe assez loin de la surface chauffée. Plus près, à l’échelle nanométrique, les choses changent considérablement : on se situe dans le régime de la « nanothermique », et les modes de surface (polaritons ou plasmons) du corps chaud jouent un rôle prépondérant… L’équipe SAI (Spectroscopie Atomique aux Interfaces) du LPL s’interesse depuis longtemps à ces problématique et vient de publier dans Nature Communication un article permettant de mieux comprendre ce régime si particulier.



Sur le plan fondamental, il est crucial de mieux comprendre ce régime nanothermique car il a une incidence forte pour la mesure d'effets tels que l'interaction surface-surface (Casimir) ou atome-surface (Casimir-Polder) dus aux modifications des fluctuations du vide par des surfaces réfléchissantes. Les corrections thermiques de ces interactions entre objets neutres sont primordiales pour notre compréhension des propriétés électromagnétiques et thermodynamiques de la matière et son interaction avec le vide quantique. Les forces type ‘Casimir’ influencent aussi des interactions physico-chimiques et sur un plan plus applicatif, elles commencent à jouer un rôle dans le domaine des nanotechnologies.

Contrôler les interactions atome-surface à l’échelle nanométrique grâce à la températureL’équipe SAI du LPL travaille de longue date sur l’effet Casimir-Polder. Dans cette étude publiée dans Nature Communications, en collaboration avec des chercheurs brésiliens, ils sont parvenus à utiliser un atome isolé comme une sonde quantique, la plus élémentaire qui soit, pour venir « mesurer » les modes de surface du corps chaud à des distances aussi petites que 100 nm de la surface. Pour cela, les physiciens illuminent avec un laser des atomes de Césium contenus dans une cellule de saphir fabriquée par une équipe arménienne. Ils observent alors, par spectroscopie de réflexion, la réponse des atomes qui se situent à environ 100 nm d’une fenêtre de saphir super-polie. Cette étude expérimentale a permis de montrer que l’interaction atome-surface était doublée lorsque l’on chauffe la surface à 1000K (727 °C). Cette augmentation, en plein accord avec la valeur prévue par la théorie est due à l’excitation thermique de polaritons de surface du saphir. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour le contrôle thermique des interactions de surface, permettant par exemple d’annuler ou même changer le signe de la force "thermique". Ceci pourrait être une perspective attractive pour des expériences ambitieuses qui visent à piéger des atomes froids près des surfaces.

Le potentiel Casimir-Polder, en champ proche, est décrit par la relation -C3/z3, où C3 est le coefficient de Van der Waals et z la distance atome-surface. Des expériences effectuées au LPL montrent une augmentation de la valeur de C3 avec la température, en accord avec les prédictions théoriques.



Contact : Athanatios Laliotis

 




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