Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose-Einstein de chrome 52Cr, élément possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental. Cette propriété du chrome permet l'étude des effets sur ces systèmes quantiques de l'interaction entre dipôles magnétiques. Cette interaction se démarque de celles dominant habituellement la physique d'un condensat, dîtes de van der Waals, par son caractère longue portée et son anisotropie. Nous avons montré expérimentalement un décalage des fréquences d'oscillations collectives du condensat : la présence d'interaction dipolaire modifie la réponse du condensat à de faibles excitations. Nous avons également étudié les collisions inélastiques provoquées par l'interaction dipôle-dipôle, appelées relaxation dipolaire. Nous avons mesuré le taux de ce processus en fonction du champ magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire les longueurs de diffusion a6 = (103 +/- 4) aB et a4 = (64 +/- 4) aB du chrome. Nous avons aussi étudié la relaxation dipolaire en présence de réseaux optiques permettant de restreindre une ou plusieurs dimensions spatiales du système : nous mesurons une réduction du taux de collisions en dimensions réduites, voire même une annulation en géométrie cylindrique (1D). Enfin, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique (B ~ 250 µG), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non polarisé. Nous avons étudié la dynamique, fixée par l'interaction dipolaire, de démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la thermodynamique d'un tel spineur à magnétisation libre.
Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose-Einstein de chrome 52Cr, élément possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental. Cette propriété du chrome permet l'étude des effets sur ces systèmes quantiques de l'interaction entre dipôles magnétiques. Cette interaction se démarque de celles dominant habituellement la physique d'un condensat, dîtes de van der Waals, par son caractère longue portée et son anisotropie. Nous avons montré expérimentalement un décalage des fréquences d'oscillations collectives du condensat : la présence d'interaction dipolaire modifie la réponse du condensat à de faibles excitations. Nous avons également étudié les collisions inélastiques provoquées par l'interaction dipôle-dipôle, appelées relaxation dipolaire. Nous avons mesuré le taux de ce processus en fonction du champ magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire les longueurs de diffusion a6 = (103 +/- 4) aB et a4 = (64 +/- 4) aB du chrome. Nous avons aussi étudié la relaxation dipolaire en présence de réseaux optiques permettant de restreindre une ou plusieurs dimensions spatiales du système : nous mesurons une réduction du taux de collisions en dimensions réduites, voire même une annulation en géométrie cylindrique (1D). Enfin, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique (B ~ 250 µG), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non polarisé. Nous avons étudié la dynamique, fixée par l'interaction dipolaire, de démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la thermodynamique d'un tel spineur à magnétisation libre.
Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose Einstein de chrome 52Cr, élément possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental. Cette propriété du chrome permet l étude des e ets sur ces systèmes quantiques de l interaction entre dipôles magnétiques. Cette interaction se démarque de celles dominant habituellement la physique d un condensat, dîtes de van der Waals, par son caractère longue portée et son anisotropie. Nous avons montré expérimentalement un décalage des fréquences d oscillations collectives du condensat : la présence d interaction dipolaire modi e la réponse du condensat à de faibles excitations. Nous avons également étudié les collisions inélastiques provoquées par l interaction dipôle-dipôle, appelées relaxation dipolaire. Nous avons mesuré le taux de ce processus en fonction du champ magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire les longueurs de di usion a6 = (103 + ou - 4) aB et a4 = (64 + ou - 4) aB du chrome. Nous avons aussi étudié la relaxation dipolaire en présence de réseaux optiques permettant de restreindre une ou plusieurs dimensions spatiales du système : nous mesurons une réduction du taux de collisions en dimensions réduites, voire même une annulation en géométrie cylindrique (1D). En n, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique (B = environ 250 mu G), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non polarisé. Nous avons étudié la dynamique, xée par l interaction dipolaire, de démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la thermodynamique d un tel spineur à magnétisation libre.
Nos experiences ont ete consacrees a l’etude d’un condensat de chrome, element possedant un fort moment magnetique. Elles nous ont permis de mettre en evidence l’influence des interactions dipolaires sur les proprietes hydrodynamiques et magnetiques d’un condensat. Ces interactions sont, contrairement aux interactions de contact, anisotropes et a longue portee. Nous avons etudie un mode d’oscillations collectives, de type quadrupolaire, du condensat de chrome. Nous avons observe que la frequence de ce mode depend legerement de l’orientation des dipoles, fixee par le champ magnetique. De plus, nous avons utilise la diffusion de Bragg pour sonder le spectre des excitations de Bogoliubov du condensat. Nous avons caracterise l’effet des interactions dipolaires sur les energies d’excitation. Dans le regime phononique, nous en avons deduit une anisotropie de la vitesse du son, qui depend de la direction de propagation de l’onde sonore relativement a l’axe de polarisation des dipoles. Nous avons egalement etudie les collisions inelastiques dues a l’interaction dipole-dipole, appelees relaxations dipolaires. Nous avons observe, d’une part, que le taux de collision est directement lie aux correlations de paires dans le condensat, et d’autre part, que ce taux depend fortement de la dimensionnalite du systeme. A tres bas champ magnetique, nous avons mis en evidence une dynamique spinorielle, due aux interactions dipolaires, qui se traduit par une demagnetisation spontanee du condensat. Ces experiences ont ete facilitees par la mise au point d’une cavite optique passive “ultra-stable”, utilisee pour asservir nos nouveaux lasers.
A cause de son fort moment magnetique dans l’etat fondamental, le chrome est un
bon candidat pour l’etude des interactions dipolaires dans un gaz degenere. Nous avons mis en place
un dispositif experimental afin de pieger et de refroidir des atomes de 52Cr jusqu’a la condensation
de Bose-Einstein. Le refroidissement evaporatif a lieu dans un piege optique, dont le chargement a
partir du piege magneto-optique est realise grâce a une methode originale d’accumulation en continu
d’atomes dans des etats metastables. Nous produisons un condensat contenant typiquement 15 000
atomes en 15 s au total.
Nous avons etudie la possibilite d’amener les sous-etats Zeeman du chrome condense a degenerescence
dans un champ magnetique statique non nul, en utilisant un champ magnetique radiofrequence
(rf). Cela nous a conduit a mettre en evidence un processus de relaxation dipolaire assistee par la
rf. Nous avons ´egalement etudie une resonance de Feshbach induite par l’interaction dipolaire, qui a
la particularite d’impliquer un canal de collisions en onde d. Nous avons analyse cette resonance en
presence de champs rf, et reinterprete l’association rf de molecules comme une simple resonance de
Feshbach entre etats habilles. Enfin, nous avons mis en place un reseau optique dans la perspective
d’etudier l’effet des interactions dipole-dipole en dimension reduite.
A cause de son fort moment magnétique dans l’état fondamental, le chrome est unbon candidat pour l’étude des interactions dipolaires dans un gaz dégénéré. Nous avons mis en placeun dispositif expérimental afin de piéger et de refroidir des atomes de 52Cr jusqu’à la condensationde Bose-Einstein. Le refroidissement évaporatif a lieu dans un piège optique, dont le chargement àpartir du piège magnéto-optique est réalisé grâce à une méthode originale d’accumulation en continud’atomes dans des états métastables. Nous produisons un condensat contenant typiquement 15 000atomes en 15 s au total.Nous avons étudié la possibilité d’amener les sous-états Zeeman du chrome condensé à dégénérescencedans un champ magnétique statique non nul, en utilisant un champ magnétique radiofréquence(rf). Cela nous a conduit à mettre en évidence un processus de relaxation dipolaire assistée par larf. Nous avons ´egalement étudié une résonance de Feshbach induite par l’interaction dipolaire, qui ala particularité d’impliquer un canal de collisions en onde d. Nous avons analysé cette résonance enprésence de champs rf, et réinterprété l’association rf de molécules comme une simple résonance deFeshbach entre états habillés. Enfin, nous avons mis en place un réseau optique dans la perspectived’étudier l’effet des interactions dipôle-dipôle en dimension réduite.
A cause de son fort moment magnetique dans l'etat fondamental, le chrome est un bon candidat pour l'etude des interactions dipolaires dans un gaz degenere. Nous avons mis en place un dispositif experimental afin de pieger et de refroidir des atomes de 52 Cr jusqu’a la condensation de Bose-Einstein. Le refroidissement evaporatif a lieu dans un piege optique, dont le chargement a partir du piege magneto-optique est realise grâce a une methode originale d’accumulation en continu d’atomes dans des etats metastables. Nous produisons un condensat contenant typiquement 15000 atomes en 15s au total. Nous avons etudie la possibilite d’amener les sous-etats Zeeman du chrome condense a degenerescence dans un champ magnetique statique non nul, en utilisant un champ magnetique radiofrequence (rf). Cela nous a conduit a mettre en evidence un processus de relaxation dipolaire assistee par la rf. Nous avons egalement etudie une resonance de Feshbach induite par l’interaction dipolaire, qui a la particularite d’impliquer un canal de collisions en onde d. Nous avons analyse cette resonance en presence de champs rf, et reinterprete l’association rf de molecules comme une simple resonance de Feshbach entre etats habilles. Enfin, nous avons mis en place un reseau optique dans la perspective d’etudier l'effet des interactions dipole-dipole en dimension reduite.
Dans ce mémoire nous présentons plusieurs études expérimentales des propriétés magnétiques d’un condensat de Bose-Einstein de Chrome chargé dans un réseau 3D, en nous focalisant sur les effets associés aux interactions dipolaires. Nous montrons que dans un réseau 3D, la relaxation dipolaire est un processus résonant du fait de la réduction de la densité d’états orbitaux accessibles. Les résonances sont observées à des champs magnétiques Bres tels que l’énergie Zeeman relâchée soit égale à l’énergie nécessaire à exciter les atomes dans une bande d’énergie supérieure du réseau. Nous pouvons inhiber ce processus en appliquant un champ différent de Bres. L’analyse des résonances a permis de sonder la structure de bande 3D du réseau, ainsi que la mise en évidence de l’effet des interactions entre atomes. Nous avons étudié la dynamique d’échange de spin dans un réseau 3D. Nous présentons en particulier la première observation d’échange de spin entre atomes localisés dans des sites séparés. Ces études permettent une exploration nouvelle du magnétisme en réseau. En variant la profondeur du réseau, nous étudions ces effets dans le régime superfluide, bien décrit par une théorie de champ moyen, et dans le régime fortement corrélé, dont la description théorique est difficile. Enfin, nous étudions l’évolution de deux spins géants interagissant par interaction dipolaire. Le condensat initialement divisé en deux, les atomes des deux nuages sont préparés dans des états de spin opposés formant ainsi deux spins géants ±3xN. Nous montrons que toute dynamique de spin est énergétiquement inhibée pour de grands spins ce qui est bien reproduit par une théorie classique.