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Benjamin Pasquiou Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord Villetaneuse - France Gabriel Bismut, Paolo Pedri, Bruno Laburthe-Tolra, Etienne.

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1 Benjamin Pasquiou Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris Nord Villetaneuse - France Gabriel Bismut, Paolo Pedri, Bruno Laburthe-Tolra, Etienne Maréchal, Laurent Vernac, Olivier Gorceix

2 425 nm 427 nm 650 nm 7S37S3 5 S,D 7P37P3 7P47P4 Piège optique croisé BEC ! Transfert dans piège optique 1D Atome de Chrome: 52 Cr Un four à 1350°C Un ralentisseur Zeeman N = T = 120 µK (Rb = 10 9 ou 10 ) Un petit MOT Evaporation tout optique Comment faire un BEC de Chrome en 14 s et un slide ? Rayon in situ : 4 et 5 µm Durée de vie du condensat : quelques secondes BEC pur : à atomes

3 PRA 77, (R) (2008) PRA 77, (2008)PRA 73, (2006) La condensation du Chrome

4 Particularité du Chrome : Spin 3 Fort moment magnétique permanent Fortes interactions dipôle dipôle, différentes des interactions de contact (Van der Walls): Longue portée (1/r 3 au lieu de 1/r 6 ) Anisotrope BEC de Chrome : fortes interactions dipolaires Relaxation dipolaire : - - Collision avec changement de magnétisation (m S = +3 => m S = +2) Gain dénergie cinétique et création de moment orbital

5 Etudes effectuées pendant ma thèse Modification des oscillations collectives dun BEC par la présence dinteractions dipôle dipôle. Optimisation du chargement dun piège dipolaire en utilisant des états métastables – Etude des collisions pour ces états Etude de la relaxation dipolaire dans plusieurs conditions : En fonction du champ magnétique B, au voisinage dune diminution résonante de cette relaxation dipolaire – Détermination longueur diffusion. En présence dun champ magnétique oscillant à des fréquences rf. En dimension réduites, cas 2D et 1D. En cours : démagnétisation spontanée dun BEC à champ B nul, par linteraction dipôle dipôle. Pasquiou et al, PRA 81, Pasquiou et al., PRL (2011) Bismut et al, App.Phys.B online first Bismut et al, PRL 105,

6 La relaxation dipolaire - - Interaction dipôle dipôle permet un couplage entre les différents spins : Lors de la relaxation dipolaire, libération dénergie Zeeman et création de moment orbital Création possible de vortex par relaxation dipolaire? (B très faible!!!) 2 canaux de relaxation dipolaire :

7 Procédure Le fit donne β Résultats typiques Temps (ms) Nombre datomes Sweep RF 2 BEC dans m S = -3 On image le BEC dans m S = -3 Sweep RF 1 BEC m S = +3, temps variable Champ magnétique B fixé Taux de collisions à deux corps Pour un BEC : Protocole expérimental (cas 3D)

8 Taux β en fonction du champ magnétique Données suivent bien la théorie, basée sur lapproximation de Born Résultats (cas 3D) Taux de relaxation dipolaire 2D 3 D 1 D Grands changements de comportement si on confine certains degrés de liberté.

9 Laser Relaxation dipolaire en dimensions réduites 2 D Crêpes Laser 1 D Tubes 1 D Ajout de réseaux optiques pour confiner une ou plusieurs directions. Le BEC est chargé dans ces potentiels périodiques et séparé dans plusieurs sites. Lasers à 532nm rétro-réfléchis, 1.5 W chacun. 25 Er dans chaque réseau ( 120 kHz).

10 Sweep RF 2 BEC dans m S = -3 Imagerie par band mapping Sweep RF 1 BEC m S = +3, temps variable Champ magnétique B fixé Chargement réseaux optiques Protocole expérimental (cas 1D) Bandes vibrationnelles dun réseau optique k k k EE E v=0 v=1 v=2 Gap = 120 kHz Pas de réseauFaible puissanceNos réseaux k E

11 Exemple typique dimage par band mapping On peut séparer les populations des différentes bandes des réseaux On observe des populations dans v=0 et v=1 Sur laxe des tubes, on peut extraire la température du nuage. On observe un chauffage du système.

12 Résultats (cas 1D) Apparition dun seuil qui correspond à: 25 Er 120 kHz 12 Er 80 kHz

13 Taux de relaxation dipolaire au dessus du seuil La température et la population dans v = 1 permettent de remonter à lénergie cinétique fournie au système par relaxation dipolaire. On calcule les couplages et taux théoriques (règle dor de Fermi):

14 Suppression de la relaxation dipolaire sous le seuil Complète suppression de la relaxation dipolaire sous le seuil Contrôle de ce facteur de perte Possibilité de faire de la physique des spinors. Taux de relaxation dipolaire 2D 3 D 1 D

15 Importance de la géométrie sous le seuil Lannulation de la relaxation dipolaire est très dépendante de : Langle entre le champ B et laxe des tubes La symétrie des réseaux optiques (profondeurs égales) Si on ne respecte pas ces conditions : Ouverture de nouveaux canaux de relaxation dipolaires, jusque là bloqués pour des raisons de symétrie.

16 Au dessus du seuil: Production de vortex dans chacun des sites du réseau (effet Einstein de Haas). Mais problème deffet tunnel trop important (augmenter la profondeur des réseaux?). Sous le seuil: Létat Zeeman de plus haute énergie devient métastable pour un gaz dégénéré 1D. Intérêt pour la physique des spinors. Explication de la suppression sous le seuil Cette suppression existe sous un seuil fixé par les réseaux : Elle est très sensible à la géométrie. Cette suppression (presque) totale de la relaxation dipolaire est une conséquence de la conservation du moment angulaire:

17 Conclusion (enfin) Etude de la relaxation dipolaire en dimensions réduites. Observation dun seuil de champ magnétique, donné par la profondeur des réseaux optiques. Sous le seuil, la relaxation dipolaire est complètement supprimée. La conservation du moment angulaire permet la création de vortex mais qui ne survivent pas assez longtemps. On a donné une explication et une valeur théorique au taux de relaxation dipolaire observé au dessus du seuil. En cours : Physique des spinors - Dépolarisation spontanée à champ nul, due à linteraction dipôle dipôle. Time (ms) Population mSmS Pasquiou et al, to be published in PRL

18 Merci de votre attention Et maintenant, tous au pot!!!

19 Différences entre les 2 canaux de relaxation Or on créée des vortex, non sujets à cette désexcitation. Chauffage : désexcitation collisionnelle avec du v=0 Mais les vortex sont immédiatement détruits par un effet tunnel trop important (réseaux pas assez profonds). On observe du v = 1 car il ne peuvent se désexciter avec du v = 0 NB : Double gaussienne au lieu dune, car pas de thermalisation => probable effet dintégrabilité dun système 1D On peut observer séparément les effets des deux canaux de relaxation dipolaire, suivant quils sortent dans v=1 ou v=2.

20 Taux de relaxation dipolaire La température et la population dans v = 1 permet de remonter à lénergie cinétique fournie au système par relaxation dipolaire. On calcule les couplages théoriques Juste au dessus du seuil, le canal 2 domine et donne un taux de relaxation dipolaire : De plus, la largeur du seuil mesuré correspond bien à la valeur de la 2 nd bande vibrationnelle du réseau.


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