Conception et construction d'un mélange atomique ultra-froid dedysprosium et de potassium en dimensions mixtes

Conception and construction of an ultra-cold atomic mixture of dysprosium and potassium in mixed dimensions

• Auteur / Autrice : Maxime Lecomte
• Direction : Jean Dalibard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Mélange

Dysprosium

Potassium

Trimères

Condensats de Bose-Einstein

Mixture

Dysprosium

Potassium

Trimers

Bose-Einstein condensates

Résumé

Comprendre comment des objets complexes comme des molécules ou des agrégats peuvent se former à partir d'atomes individuels est l'un des problèmes clés de la physique quantique. Dans le contexte des systèmes dilués à quelques corps, on pourrait s'attendre à ce que les seules structures pertinentes soient formées à l'aide de briques élémentaires d'états liés à deux corps (dimères). Cependant, ceci n'est pas le cas et des états liés à trois corps peuvent émerger même si les dimères n'existent pas. Ces trimères peuvent former une tour infinie d'états liés ayant des propriétés universelles par rapport à leur énergie et leur taille. Ce concept clé, introduit par Efimov en 1970, a été intensivement étudié sur des systèmes d'atomes ultrafroids. Jusqu'à présent, ces états ont été étudiés par leur dynamique hors équilibre et il est donc difficile de sonder l'impact de ces trimères sur de nouvelles phases de la matière. Ainsi, un dispositif expérimental permettant de créer, pour la première fois, des trimères d'Efimov stables sera développé. Un mélange atomique de dysprosium et de potassium en dimensions mixtes sera étudié, le dysprosium étant piégé dans deux nappes distinctes de lumière. Ces nappes interagissent entre elles via un bain de potassium tridimensionnel. Cela conduira à la formation de trimères robustes contre les mécanismes de perte à trois corps se produisant à des distances relatives courtes.

Understanding how complex objects such as molecules or agregates can be created from individual atoms is one of the key problems of quantum physics. In the context of few bodies diluted systems, we could expect that the only relevant structures are formed with elementary bricks of two bodies bind states (dimers). However, this is not the case and three bodies bind states can appear even if dimers do not exist. These trimers can form an infinite tower of bind states with universal properties with respect to their energy and size. This key concept, introduced by efimov in 1970, had been intensively studied on ultracold atoms systems. Until now, physicists studied the out-of-equilibrium dynamics of these states, thus it is difficult to know the impact of these trimers on new phases of matter. That is why an experimental setup allowing to create stable Efimov's trimers for the first time will be developped. An atomic mixture of dysprosium and potassium in mixed dimensions will be studied, the dysprosium atoms being trapped in two separated layers. These layers interact with each other thanks to a tridimensional potassium bath. This would lead to the formation of robust trimers against three-bodies losses mecanisms that exist at relatively short distances.