Soutenance de thèse de Gabriel Bismut
28 mars 2012
Laboratoire de Physique des Lasers, 99 av. J.B. Clément 93430 Villetaneuse France
Abstract:
In our experiments, we have studied a chromium Bose-Einstein condensate. Because of
the strong magnetic moment of chromium, these experiments enabled us to characterize the influence of
dipolar interactions on the hydrodynamic and magnetic properties of a condensate. These interactions
are anisotropic and long range, as opposed to contact interactions.
We have studied a “quadrupole-like” collective excitation mode of the chromium condensate. We
have observed that the frequency of this mode is dependent on the orientations of the atomic dipoles,
given by the direction of the external magnetic field. Moreover, we have used Bragg spectroscopy in
order to measure the shift caused by dipolar interactions on the Bogoliubov excitations energies. In
the phononic regime, our results reveal the anisotropy of the velocity of sound, which depends on the
direction of the sound wave with respect to the axis of the dipoles.
We have also studied dipolar relaxation, which is a type of inelastic collision caused by dipolar
interactions. We have observed that the collision rate is directly related to pair correlations in the
condensate. Furthermore, we have shown that this rate is strongly dependent on the dimensionality
of the system. At very low magnetic fields, dipolar interactions are responsible for a spontaneous
demagnetization of the condensate, which we have also observed.
Our experiments were made easier by the building of a passive optical cavity, which was used to
effectively stabilize our new lasers.
Keywords: Bose-Einstein condensation, chromium, dipolar interactions, collective excitations,
Bogoliubov excitations, Bragg spectroscopy, dipolar relaxation, demagnetization, optical cavity
Nos expériences ont été consacrées à l’étude d’un condensat de chrome, élément possédant
un fort moment magnétique. Elles nous ont permis de mettre en évidence l’influence des interactions
dipolaires sur les propriétés hydrodynamiques et magnétiques d’un condensat. Ces interactions
sont, contrairement aux interactions de contact, anisotropes et à longue portée.
Nous avons étudié un mode d’oscillations collectives, de type quadrupolaire, du condensat de
chrome. Nous avons observé que la fréquence de ce mode dépend légèrement de l’orientation des dipôles,
fixée par le champ magnétique. De plus, nous avons utilisé la diffusion de Bragg pour sonder
le spectre des excitations de Bogoliubov du condensat. Nous avons caractérisé l’effet des interactions
dipolaires sur les énergies d’excitation. Dans le régime phononique, nous en avons déduit une anisotropie
de la vitesse du son, qui dépend de la direction de propagation de l’onde sonore relativement à
l’axe de polarisation des dipôles.
Nous avons également étudié les collisions inélastiques dues à l’interaction dipôle-dipôle, appelées
relaxations dipolaires. Nous avons observé, d’une part, que le taux de collision est directement lié
aux corrélations de paires dans le condensat, et d’autre part, que ce taux dépend fortement de la
dimensionnalité du système. À très bas champ magnétique, nous avons mis en évidence une dynamique
spinorielle, due aux interactions dipolaires, qui se traduit par une démagnétisation spontanée du
condensat.
Ces expériences ont été facilitées par la mise au point d’une cavité optique passive “ultra-stable”,
utilisée pour asservir nos nouveaux lasers.