Le manuscrit porte principalement sur l’étude de dynamiques de spin avec des gaz quantiques de chrome bosonique, atomes qui ont la propriété d’avoir un large moment magnétique permettant l’observation d’interactions dipôle-dipôle. 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, anti-alignée avec le champ magnétique externe. 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, ce qui apporte des informations supplémentaires sur l’évolution du système. Les expériences en condensat montrent un bon accord avec des simulations de type champ-moyen et permettent de mettre en évidence un phénomène de conservation du ferromagnétisme attribué aux interactions de contact dépendantes du spin. L’influence des paramètres expérimentaux sur la dynamique est également étudiée, notamment le gradient de champ magnétique et l’angle initial θ. Les expériences en réseau profond (régime de Mott) où les atomes sont fixés sur les sites du réseau permettent de mettre en évidence des effets au-delà du champ-moyen dus aux interactions dipôle-dipôle, d’autant plus importants que θ s’approche de π/2. 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. Le manuscrit traite également d'une nouvelle méthode de refroidissement et compression des atomes en piège optique à l'aide de mélasses grises.
Le manuscrit porte principalement sur l’étude de dynamiques de spin avec des gaz quantiques de chrome bosonique, atomes qui ont la propriété d’avoir un large moment magnétique permettant l’observation d’interactions dipôle-dipôle. 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, anti-alignée avec le champ magnétique externe. 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, ce qui apporte des informations supplémentaires sur l’évolution du système. Les expériences en condensat montrent un bon accord avec des simulations de type champ-moyen et permettent de mettre en évidence un phénomène de conservation du ferromagnétisme attribué aux interactions de contact dépendantes du spin. L’influence des paramètres expérimentaux sur la dynamique est également étudiée, notamment le gradient de champ magnétique et l’angle initial θ. Les expériences en réseau profond (régime de Mott) où les atomes sont fixés sur les sites du réseau permettent de mettre en évidence des effets au-delà du champ-moyen dus aux interactions dipôle-dipôle, d’autant plus importants que θ s’approche de π/2. 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. Le manuscrit traite également d'une nouvelle méthode de refroidissement et compression des atomes en piège optique à l'aide de mélasses grises.
Le manuscrit porte principalement sur l’étude de dynamiques de spin avec des gaz quantiques de chrome bosonique, atomes qui ont la propriété d’avoir un large moment magnétique permettant l’observation d’interactions dipôle-dipôle. 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, anti-alignée avec le champ magnétique externe. 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, ce qui apporte des informations supplémentaires sur l’évolution du système. Les expériences en condensat montrent un bon accord avec des simulations de type champ-moyen et permettent de mettre en évidence un phénomène de conservation du ferromagnétisme attribué aux interactions de contact dépendantes du spin. L’influence des paramètres expérimentaux sur la dynamique est également étudiée, notamment le gradient de champ magnétique et l’angle initial θ. Les expériences en réseau profond (régime de Mott) où les atomes sont fixés sur les sites du réseau permettent de mettre en évidence des effets au-delà du champ-moyen dus aux interactions dipôle-dipôle, d’autant plus importants que θ s’approche de π/2. 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. Le manuscrit traite également d'une nouvelle méthode de refroidissement et compression des atomes en piège optique à l'aide de mélasses grises.
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.
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.
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.
Dans ce manuscrit nous étudions le développement de corrélations de spin entre atomes de chrome pièges dans un réseau optique. Ce système se caractérise par le grand spin (S=3) des atomes utilises ainsi que la grande portée et l’anisotropie des interactions interatomiques. Dans ce manuscrit sont décrites deux expériences dans lesquelles nous observons le développement de ces corrélations de spin. Ces deux expériences sont basées sur la mesure répétée des populations Zeeman globales et l’estimation de leurs second moments statistiques. Les valeurs expérimentales de ces propriétés statistiques ne sont pas uniquement dictées par la dynamique dipolaire, et elle sont en général impactées par de nombreux autres phénomènes aléatoires (les fluctuations du signal total, la fluorescence atomique etc...). Dans le deuxième chapitre de ce manuscrit, nous fournissons des méthodes de traitement statistique des données expérimentales qui permettent d’isoler la contribution du bruit de projection quantique. Dans le troisième chapitre de ce manuscrit, nous donnons la preuve expérimentale de la croissance de corrélations de spin dans notre système au fur et à mesure de sa thermalisation. Les résultats de ce chapitre mettent en évidence les possibilités nouvelles associées aux grands spins en termes de suivi des corrélations. Dans le quatrième chapitre nous décrivons la mise en œuvre d’une nouvelle méthode de bipartition qui nous a permis d’examiner plus finement la structure des corrélations se développant dans notre système et d’en démontrer la relative complexité. La croissance de ces corrélations concorde avec les scenarios de thermalisation quantique communément acceptes selon lesquels la thermalisation des systèmes isoles est induite par l’intrication desdifférentes sous-parties du système.
Le manuscrit présente des expériences réalisées avec des gaz quantiques de Chrome, un élément présentant un large spin électronique S=3 et des interactions dipolaires non négligeables. Nous avons produit un nouveau gaz quantique, une mer de Fermi avec l'isotope ⁵³Cr, en optimisant la co-évaporation avec l'isotope bosonique, contenant jusqu’à 1000 atomes a T=TF= 0.66± 0.08. Nous avons obtenu de nouveaux résultats sur la thermodynamique d'un condensat de Bose Einstein (CBE) avec degré de liberté de spin. En refroidissant rapidement un gaz thermique multi-composante, nous observons que la dynamique de condensation est affectée par les collisions d'échange de spin. Nous démontrons aussi un nouveau mécanisme de refroidissement, utilisant le degré de liberté de spin, lorsque le CBE est produit dans le niveau de spin de plus basse énergie. Les interactions dipolaires peuplent thermiquement les états de spin excités à bas champ magnétique, et une purification du CBE est obtenue en retirant sélectivement ces atomes. Enfin nous présentons des expériences de dynamique de spin. Dans une première expérience, cette dynamique est obtenue en utilisant un double puits avec des états de spin opposés. Ceci a permis une première mesure d'une des longueurs de diffusion du ⁵²Cr: ɑo = 13.5 ±¹⁵ ₁₀ aB. Nous présentons également des résultats préliminaires dans un piége harmonique et dans un réseau3D. La dynamique de spin est produite par rotation du spin des atomes. La comparaison avecla théorie nous permet de mettre en évidences l'apparition de corrélations quantiques.