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Équipe Atomes Froids

Le groupe Atomes Froids de Toulouse a été créé au 1 décembre 2007.

Site web http://www.quantumengineering-tlse.org/

Il est constitué actuellement de deux permanents :

David Guéry-Odelin (professeur),

Juliette Billy (maître de conférences),

Étudiants en thèse : Gabriel Condon, Aéla Fortun et Eric Michon

Postdoctorante : Citlali Cabrera

Les thématiques de recherche de l’équipe portent sur la manipulation par la lumière de condensats de Bose-Einstein, obtenus en refroidissant un ensemble d’atomes à des températures extrêmement basses de quelques dizaines de nano-Kelvin au-dessus du zéro absolu.

Récemment, nous avons reconstruit entièrement le dispositif expérimental de condensation. Les condensats sont désormais obtenus dans un piège hybride grâce à un piège magnétique quadrupolaire auquel on superpose un piège dipolaire optique croisé. Le dispositif expérimental est maintenant opérationnel et produit des condensats purs de 150 000 atomes, de manière stable et reproductible.

Notre équipe a deux lignes de recherche expérimentales : le transport quantique en présence de chaos ou de désordre, et les « spatial gaps ».

La première thématique est développée en collaboration avec Bertrand Georgeot et Gabriel Lemarié du Laboratoire de Physique Théorique (Toulouse). Nous souhaitons en particulier étudier expérimentalement l’effet tunnel assisté par le chaos. Pour cette étude, nous utiliserons un condensat chargé dans un réseau optique de grande profondeur, dont la phase est contrôlée et l’amplitude modulée temporellement. Ce système crée un réseau dynamique de pas ajustable. Il jouera notamment le rôle d’un simulateur quantique de jonctions Josephson isolées ou en réseau. Il permettra d’étudier le rôle relatif des interactions et de l’effet tunnel dans des réseaux dynamiques et également des phénomènes d’interférences multiples comme la multifractalité.

La deuxième thématique repose sur la propagation de condensat de Bose-Einstein dans des réseaux optiques de taille finie. Nous avons montré qu’un tel réseau permet de réaliser l’analogue de cavités de Bragg pour les atomes [1]. L’enveloppe finie du réseau projette les bandes d’énergie interdites dans l’espace réel, créant un nouveau type de barrière tunnel pour les atomes (« spatial gap »). Ce travail expérimental à 1D ouvre de nombreuses perspectives que nous avons étudiées dans un article théorique récent [2] : les barrières tunnels réalisées à partir d’un réseau de taille finie unidimensionnel peuvent être généralisées à des configurations 2D ou même 3D. Dans ce cas, ce nouveau type de barrière tunnel permettrait de réaliser l’équivalent atomique d’un « quantum dot ». D’autre part, la modulation temporelle de l’amplitude du réseau, en induisant des transitions inter-bandes, permet de contrôler le piégeage d’atomes dans le réseau optique et le couplage entre les différentes cavités créées à l’intérieur du réseau et vers l’extérieur. Ce système permet alors de réaliser une source atomique très bien contrôlée et avec une très faible dispersion en vitesse.

De manière générale, une des thématiques de l’équipe est d’aller vers un plus grand contrôle des ondes de matières atomiques. Ce contrôle passe en particulier par la diminution de la dispersion en vitesse des ondes de matières par des méthodes de manipulation dans l’espace des phases. Dans un article théorique récent [3], nous avons ainsi démontré que la méthode de compression dans l’espace des impulsions utilisée pour des ondes de matière sans interaction peut être généralisée aux ondes de matières en interaction.

[1] P.Cheiney, F. Damon, G. Condon, B. Georgeot and D. Guéry-Odelin, Realization of tunnel barriers for matter waves using spatial gaps, EPL 103, 50006 (2013).

[2] F.Damon, G. Condon, P. Cheiney, A. Fortun, B. Georgeot, J. Billy and D. Guéry-Odelin, Band gap structures for matter waves, Phys. Rev. A 92, 033614 (2015).

[3] G. Condon, A. Fortun, J. Billy and D. Guéry-Odelin, Phase space manipulations of many-body wave functions, Phys. Rev. A 90, 063616 (2014).