Gaz de dysprosium ultrafroid dans des pièges dipolaires optiques : contrôle des interactions entre atomes fortement magnétiques / Chayma Bouazza ; sous la direction de Jean Dalibard et de Sylvain Nascimbène

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Physique

Classification Dewey : 539

Dalibard, Jean (1958-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Nascimbène, Sylvain (1982-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Westbrook, Chris (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Pillet, Pierre (1953-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Laburthe-Tolra, Bruno (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Tarruell, Leticia (1981-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

École normale supérieure (Paris ; 1985-....) (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : Dans le cadre de cette thèse, j’ai étudié le refroidissement et le piégeage d’un gaz d’atomes de dysprosium dans des potentiels lumineux. Cet atome lanthanide possède dans son état électronique fondamental un moment magnétique très élevé, permettant l’exploration du domaine des gaz dipolaires ultrafroids. Ce caractère dipolaire enrichit la gamme des phénomènes physiques réalisés expérimentalement, en tirant avantage de la nature anisotrope et à longue-portée de l’interaction entre dipôles magnétiques. De plus, grâce à sa structure électronique riche, le Dysprosium offre la possibilité de créer un fort couplage entre le spin atomique et des champs lumineux, tout en gardant un taux de chauffage faible par rapport au cas usuel des atomes alcalins. Ceci ouvre la voie vers l’implémentation de champs de jauge artificiels, qui suscitent un vif intérêt dans le domaine des atomes froids dans un contexte de simulation quantique. Ce travail de thèse consiste en l’étude des mécanismes d’interactions dans un gaz de Dysprosium ultrafroid, allant des collisions assistées par la lumière à la relaxation dipolaire en passant par le refroidissement par évaporation. J’expose également la réalisation expérimentale d’un champ magnétique effectif en utilisant un déplacement lumineux dépendant du spin, permettant de contrôler optiquement la force des interactions atomiques au moyen d’une résonance de Feshbach.

Résumé / Abstract : In this thesis, I present the study of the laser trapping and cooling of a Dysprosium atomic gas. This latter belong to the lanthanide family, it exhibits a large angular momentum in its electronic ground state, making it a suitable candidate for investigating dipolar quantum gases. These systems present a major interest as they can lead to the observation of novel quantum phenomena thanks to the anisotropic and long-range character of the interaction between magnetic dipoles. Moreover, Dysprosium has a rich electronic structure offering the possibility to implement strong light-spin coupling with a reduced heating with respect to alkali species, which paves the way toward the realization of synthetic gauge fields.In this work, I present the experimental investigation of different interaction mechanisms occurring in an ultracold gas of Dysprosium, ranging from light-assisted collisions to dipolar relaxation and evaporative cooling. I expose also the experimental realization of an effective magnetic field, using spin-dependent light-shift, allowing optical control over atomic interactions by means of Feshbach resonances.