Soutenance de thèse de Benjamin Pasquiou
Jeudi 3 novembre 2011 à 14H00, Amphi Euler de l’Institut Galilée
Laboratoire de Physique des Lasers, 99 av. J.B. Clément 93430 Villetaneuse France
Abstract:
Our team achieved in 2007 the Bose Einstein condensation of 52Cr chromium atoms,
which have a strong magnetic moment in their ground state ( 6 µB, instead of 1 µB
for alkali atoms). The dipole dipole interaction thus induced differs from the van der Waals
interactions, usually dominating the physics of a condensate, by its long range character and
its anisotropy, and modifies for instance the hydrodynamic properties of this quantum fluid.
This thesis is focused on the study and control of collisions with changes in magnetization,
induced by dipole dipole interactions within a condensate.
We have measured the rate of dipolar inelastic collisions as a function of the magnetic field,
from which we deduced accurate values for the chromium scattering lengths a6 = (103+/-4) aB
and a4 = (64 +/- 4) aB.
In optical lattices, these dipolar collisions can be lowered and even suppressed by spatial
confinement, and we observed an exchange between spin relaxation and lattice band excitation,
which can be made resonant in 3D optical lattices. The suppression of these collisions
allows for the creation of a degenerate gas in a metastable state.
Finally, we have observed a quantum phase transition at extremely low magnetic field
(B about 250 µGauss), between a condensate of ferromagnetic nature and a non-polarized multicomponent
spinor condensate : the existence of such phases is determined by the differences
between spin dependent contact interactions. We have studied the demagnetization dynamics,
fixed by dipole-dipole interactions, at this phase transition, and the thermodynamics of such
a spinor in the case of a free magnetization..
Keywords: Bose Einstein condensation, dipolar interactions, chromium, dipolar relaxation,
optical lattices, quantum spinor phases, thermodynamics for magnetism.
Jury: Christophe Salomon (President), ChristophWestbrook (Referee), Florian Schreck (Referee),
Anne Crubellier (Examiner), Anne Amy-Klein (Examiner), Bruno Laburthe-Tolra (Cosupervisor),
Olivier Gorceix (Supervisor).
Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose Einstein de chrome 52Cr, élément
possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental ( µ = 6µB, contre µ=
1 µB pour les systèmes alcalins). L’interaction dipôle-dipôle ainsi induite se démarque des
interactions dominant habituellement la physique d’un condensat, dîtes de van der Waals,
par son caractère longue portée et son anisotropie, et modifie par exemple les propriétés
hydrodynamiques de ce fluide quantique. Le coeur de ce travail de thèse est axé sur l’étude et
le contrôle de collisions avec changement de magnétisation dues à l’interaction dipôle-dipôle
au sein d’un condensat.
Nous avons mesuré le taux de collisions inélastiques dipolaires en fonction du champ
magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire des valeurs précises des longueurs
de diffusion a6 = (103 +/- 4) aB et a4 = (64 +/- 4) aB du chrome.
Dans des réseaux optiques, ces mêmes collisions peuvent être contrôlées voire annulées
par le confinement, et nous observons un échange entre relaxation du spin et excitation des
bandes vibrationnelles, qui peut être effectué de façon résonante (pour des réseaux optiques
3D). L’annulation de ces collisions nous permet notamment de créer un gaz dégénéré dans un
état métastable.
Enfin, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique
(B envrion 250 microGauss), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non
polarisé : l’existence de ces phases est déterminée par la différence d’interaction de contact
entre les diverses composantes de spin. Nous avons étudié la dynamique, fixée par l’interaction
dipolaire, de la démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la
thermodynamique d’un tel spineur, dans le cas original où la magnétisation totale du système
est libre.