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Le magnétisme orbital des électrons joue un rôle fondamental en physique des solides. Il est en particulier responsable de l’effet Hall quantique, qui se manifeste dans des gaz d’électrons bidimensionnels sous fort champ magnétique. Notre projet a pour but de réaliser des situations analogues pour des atomes neutres piégés aux nœuds d’un réseau optique. A priori, un atome (électriquement neutre) ne présente pas de magnétisme orbital qui est fondamentalement lié à la charge de l’électron. Il est cependant possible, grâce à des lasers induisant de manière cohérente des transitions entre états internes de l’atome, de simuler l’effet d’un champ magnétique sur une particule chargée : on réalise ainsi un potentiel de jauge artificiel semblable au potentiel vecteur de l’électromagnétisme. Pour des atomes en interaction et soumis à un tel potentiel vecteur artificiel, des phases fortement corrélées de type Hall quantique, analogues à celles qui apparaissent pour des gaz d’électrons bidimensionnels, ont été prédites.

Notre approche expérimentale [1] s’inspire d’une proposition plus ancienne de Dieter Jaksch et Peter Zoller [2]. Nous utilisons l’atome d’ytterbium, qui possède des propriétés intéressantes pour la réalisation de gaz quantiques. L’abondance des différents isotopes de l’ytterbium permet de plus l’étude de systèmes bosoniques aussi bien que fermioniques. Ces isotopes sont facilement refroidis et piégés avec des lasers adaptés, et leur propriétés collisionnelles sont favorables à la réalisation de gaz quantiques dégénérés. Enfin, l’existence d’une transition ultra-fine, dite d’horloge, associée à un état excité métastable, permet un couplage laser sans émission spontanée essentiel pour la réalisation de potentiels de jauge artificiels. L’abondance des différents isotopes de l’ytterbium permet de plus l’étude de systèmes bosoniques aussi bien que fermioniques.

Vous trouverez dans cette rubrique l’ensemble des informations concernant ce projet, des propositions théoriques aux réalisations expérimentales de l’équipe.

Références

[1] F. Gerbier, J. Dalibard , New J. Phys. 12, 033007 (2010) :
Gauge fields for ultracold atoms in optical superlattices

[2] P. Zoller, D. Jaksch, New J. Phys. 5 (2003) :
Creation of effective magnetic fields in optical lattices : the Hofstadter butterfly for cold neutral atoms

Composition de l’équipe

Membres permanents :

• Fabrice Gerbier, CNRS,
• Jérôme Beugnon, MdC UPMC

Postdocs :

• Daniel Döring (2011-)

Etudiants en thèse :

• Alexandre Dareau (2011-)
• Matthias Scholl (2011-)

Financements

Notre recherche est financée par :

• Le CNRS et l’École Normale Supérieure (ENS),
• Projet Émergence UMPC (2009—2013),
• Projet Émergence Ville de Paris (2010—2014),
• Projet ERC Manybo (2010—2015),
• La région Ile de France, via le programme IFRAF.