Thèse en cours

Réalisation de la pompe topologique de Laughlin dans un cylindre de Hall atomique
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 02/12/2022. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Aurélien Fabre
Direction : Sylvain Nascimbène
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Physique
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 02/12/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
Jury : Président / Présidente : Isabelle Bouchoule
Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Nascimbene, Martin Weitz, Leonardo Mazza, Laurent Sanchez-palencia
Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Weitz, Laurent Sanchez-palencia

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse présente des études expérimentales réalisées avec des échantillons ultrafroids de dysprosium atomique. Les propriétés électroniques du dysprosium conduisent à un grand moment magnétique, un grand moment angulaire total J=8 dans l'état fondamental électronique et un riche spectre de transitions optiques fines avec des décalages lumineux tensoriels non négligeables. Notre travail repose sur l'utilisation de lasers accordés à proximité de telles transitions pour manipuler les états de spin atomiques. Nous commençons par décrire brièvement un ensemble d'expériences qui étudient l'intrication d'états non classiques préparés dans le niveau fondamental, en partitionnant explicitement le système via un couplage optique. L'objet principal de ce manuscrit est la réalisation de champs de jauge artificiels pour le mouvement d'atomes neutres. La simulation d'un système de Hall quantique est facilitée par le grand spin dans le niveau électronique fondamental, que nous interprétons comme un réseau synthétique avec 2J+1=17 sites. Ces sites du réseau sont couplés par des transitions Raman à deux photons à l'aide de faisceaux laser contrapropageants, où l'impulsion acquise dans un processus de saut est équivalente à une phase d'Aharonov-Bohm variant dans l'espace. En utilisant une combinaison de couplages de spin de différentes portées, nous préparons de manière effective un cylindre atomique avec un axe cyclique composé de trois sites et un champ radial uniforme, produisant un effet Hall quantique sur sa surface. Nous contrôlons un flux magnétique longitudinal supplémentaire qui perce le cylindre et réalisons l'expérience de pompe topologique de Laughlin, un processus de transport quantifié de particules lié à l'effet Hall quantique entier. Nous mesurons le premier nombre de Chern, un invariant topologique, et confirmons la topologie non triviale de notre système de particules en l'absence d'interaction. Nous présentons également des résultats expérimentaux préliminaires sur la physique de Hall quantique à quatre dimensions en couplant optiquement deux dimensions synthétiques encodées dans le spin atomique à deux dimensions spatiales. Nous décrivons ensuite théoriquement le rôle des interactions interatomiques sur le cylindre de Hall atomique et mettons en évidence leurs propriétés dans la dimension synthétique. Enfin, nous discutons une proposition pour la réalisation d'un champ de jauge artificiel pour le mouvement des atomes de dysprosium dans l'espace réel, induit par le couplage entre les degrés de liberté internes et externes.