Thèse présentée par Lucas Gabardos pour obtenir le grade de
Docteur en Physique de l’Université Sorbonne Paris Nord
Cette thèse porte principalement sur l’étude de dynamiques de spin effectuées dans des gaz quantiques de chrome bosonique ; atomes ayant un large moment magnétique, permettant potentiellement l’observation d’interactions dipôle-dipôle magnétiques. Les expériences présentées sont effectuées en plaçant le système dans un état hors équilibre par rotation des spins d’un angle θ par rapport à leur direction initiale. Les populations des 2s+1=7 états Zeeman évoluent alors au cours du temps, et sont mesurées à l’aide d’un Stern-Gerlach. La norme du spin total des atomes est également mesurée par interférométrie Ramsey.
Les expériences en condensat montrent un bon accord avec des simulations de type champ-moyen et mettent en évidence un phénomène de conservation du ferromagnétisme attribué aux interactions de contact dépendantes du spin. Un couplage spin-orbite est nécessaire pour initier la dynamique, à θ=π/2 ce couplage n’est pas assuré par les interactions dipôle-dipôle et nécessite un gradient de champ magnétique.
Les expériences en réseau profond (régime de Mott) où les atomes sont fixés aux sites du réseau permettent de mettre en évidence des effets au-delà du champ-moyen dus aux interactions dipôle-dipôle. De plus, le système, bien qu’isolé, tend vers un état d’apparence thermique, phénomène que nous attribuons à un processus de thermalisation quantique. La mesure de la norme du spin total pour ces expériences montre un comportement très différent du cas en condensat, celle-ci diminuant rapidement vers une valeur proche de zéro.
Membres du jury
David Clément, Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique, Palaiseau, rapporteur
Franck Pereira dos Santos, SYRTE, Observatoire de Paris, Paris, rapporteur
Frédéric Du Burck, Laboratoire de Physique des Lasers, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse
Pérola Milman, Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université de Paris, Paris
Laurent Vernac, Laboratoire de Physique des Lasers, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse, encadrant de thèse
Bruno Laburthe-Tolra, Laboratoire de Physique des Lasers, Université Sorbonne Paris Nord, Villetaneuse, directeur de thèse
Mots-clés : Condensat de Bose-Einstein, réseau optique, interactions dipolaires, magnétisme quantique
Soutenance : Le 15 Octobre 2020 à 14h00