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Congrès général SFP 2017 Division Physique Atomique, Moléculaire et Optique (PAMO)
Spectral wings of the broadened Li(2p-2s) line perturbed by neon atoms
Alioua Kamel1, Bouchoucha Sabri2, Bouledroua Moncef3 1 Laboratoire de Physique de la Matière et du rayonnementLPMR, Univ. Mohamed Chérif Méssaidia,BP 1553, Souk-Ahras 41000, Algérie 2 Département de Physique, Univ Badji Mokhtar, B.P. 12, Annaba 23000, Algérie 3 Laboratoire de Physqie du Rayonnement LPR, Univ Badji Mokhtar, B.P. 12, Annaba 23000, Algérie
It is now well known that the main properties of the brown-dwarf and extrasolar-planet atmospheres are mostly assigned to the resonance lines of the alkali-metal atoms broadened by collisions with rare-gas atoms. Information on the temperatures, densities, albedos, and composition of such atmospheres are contained in their observed spectral profiles. The interpretations of these profiles are based on models of the line pressure broadening. Detailed knowledge of the line profiles as a function of temperature can be obtained from semiclassical and full quantum
calculations using accurate molecular potential-energy curves (PECs) and transition dipole moments (TDMs) for the alkali-rare gas systems. The temperature dependence of the broadened line shape can then be used as valuable diagnostics of the extrasolar objects [1,2,3]. There are various recent theoretical studies of the alkali lines broadened by rare gases. These studies have employed semiclassical and quantum theories over a limited temperature domain. There are also some laboratory measurements of the broadened alkali lines in the spectral wings with various technical methods. In the present particular case, the quantal computations of the LiNe emission spectra made by Mason [4], based on PECs and TDMs computed by two different methods, namely, the model potential and pseudopotential, are in clear disagreement with the available experimental data measured at T = 670K by Scheps et al. [5] and at T = 130, 300 and 670K by Havey et al. [6]. In this work, we expose quantitative full quantum-mechanical calculations of the far-wing emission and absorption coefficients and line-core width and shift of the Li (2p – 2s) resonance spectral line. For these purposes, we have chosen to use the potential-energy curves and transition dipole moments of the LiNe quasimolecule generated with ab initio methods, in which we adopted the state-averaged complete active space self consistent field (sa-casscf) with the multireference configuration interaction (mrci) procedures. We present the results, for temperatures lying between 130 and 3000K and compare the obtained emission profiles with those measured by Scheps et al. [5] and Havey et al. [6]. [1] N.F. Allard, Adv. Space Res. 54, 1285 (2014). [2] N.F. Allard, A. Nakayama, F. Stienkemeier, J.F. Kielkopf, G. Guillon, and A. Viel, Adv. Space Res. 54, 1290(2014). [3] L. Blank and D.E. Weeks, Phys. Rev. A. 90, 022510 (2014). [4] C.R. Mason, PhD Thesis, University College of London (1991). [5] A. Scheps, Ch. Ottinger, G. York, and A. Gallagher, J. Chem. Phy. 63, 2581 (1975). [6] M.D. Havey, Private communication to C.R. Mason [4].
O1 Congrès général SFP 2017
Controlled Transport of an elongated BEC over large distances: a3D numerical study
S. Amri1, R. Corgier1,2, E.Rasel Maria2, N. Galoul2, E.Charron1
1 Institut des Sciences Moléculaire d’orsay, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.350, Campus d’Orsay, 91400 Orsay France 2 Institute of Quantum Optics, Leibniz University of Hanover, Welfengarten 1 30167, Germany
The laser cooling of atomic gases has revolutionized experimental atomic physics and raised
the prospect of a range of atomic quantum technologies. Since that, atom interferometry has been
a tool for researchers to make precision measurements of physical phenomena and predictions at
the heart of modern physics controversies such as Einstein’s weak equivalence principle. Going
behind state-of-the-art performance in these experiments requires long interferometer durations,
of the order of several seconds, and optimized matter-wave sources whose dynamics is extremely
well controlled. To realize this interferometry experiment, several steps are required. We present
here a detailed 3D realistic numerical study of a fast transport of an elongated Rubidium (Rb)
Bose-Einstein-Condensate (BEC) on an atomic chip, over large distances, of the order of 1 to 2
mm and therefor the free expansion of the final quantum state to allow the application of the delta-
kick cooling (DKC) technique.
The limits of this transport will be investigated in terms of both residual oscillations and residual
breathing of the final quantum state and those of the DKC are related to the inappropriate time of
the subsequent application of a pulsed potential where the aim is to narrow the momentum
distribution of the BEC.
1
Division PAMO Congrès général SFP 2017
Création d’impulsions de lumière spatialement structurées avec un SLM
C. De Rossi1, M. de Goër1,A. Kumar1, L. Longchambon1, T. Badr2* and H. Perrin2
1. Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris 13, 99 Av. J.-B. Clément, Villetaneuse, France 2. Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS UMR 7538, Université Paris Nord, Villetaneuse, France
Figure 1 : profil de lumière structuré obtenu par
par diffraction (algorithme de calcul : OMRAF[1]
)
Dans le cadre de l'étude la superfluidité dans
un condensat de Bose-Einstein confiné dans
un piège annulaire, nous développons un
nouveau dispositif permettant de mettre en
rotation un nuage d'atomes ultra-froids. Il s'agit
d'éclairer le nuage par une impulsion de
lumière spatialement structurée afin d'imprimer
à la fonction d'onde décrivant le condensat un
enroulement de phase correspondant à un état
de circulation choisi.
Parmi les outils permettant de créer ce profil spatial, nous avons choisi de travailler avec un
modulateur spatial de lumière (SLM). Nous avons d'abord testé des techniques holographiques
qui, par le calcul d'un masque de phase affiché par le SLM, permettent d'obtenir à l'infini le profil
diffracté souhaité. Néanmoins, les algorithmes de calculs souffrent souvent d'une convergence
erratique (qui conduit à des profils de lumière bruités) ou d'une faible efficacité de transfert de la
puissance optique. Une autre technique, réalisable avec un SLM mais pas avec une matrice de
micro-miroirs (DMD), consiste à utiliser chaque pixel du SLM comme un rotateur de polarisation
indépendant. Le profil simplement affiché par le SLM peut alors être observé en transmission d’un
polariseur. Moyennant un étalonnage rigoureux de la réponse des pixels pour s’affranchir de la
modulation temporelle de phase inhérente aux SLM, nous espérons obtenir des profils de lumière
plus fidèles.
1.Robust Digital Holography For Ultracold Atom Trapping, A. L. Gaunt and Z. Hadzibabic, Sci. Rep. 2, 721 (2012)
Congrès général SFP 2017 Division Physique atomique, moléculaire et optique (PAMO)
Photodétachement saturé de H- pour le chauffage des plasmas de fusion confinés magnétiquement
David Bresteau†, Cyril Drag,& Christophe Blondel
Laboratoire Aimé-Cotton, Centre national de la recherche scientifique, université Paris-Sud, école normale
supérieurede Cachan, Université Paris-Saclay, bâiment.505, campus d’Orsay, 91405 Orsay
†adresse actuelle : Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, groupe
attophysique,CEA-LIDyL, bâtiment 522, Centre d’études de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette
Le chauffage des plasmas de fusion confinés magnétiquement, dans ITER en particulier, fait
appel à l’injection d’atomes neutres D0énergétiques, qu’il n’est possible de préparer en grande
quantité que par la neutralisation d’ions préalablement accélérés (à typiquement 1 MeV).
L’efficacité de la neutralisation par collision (au travers d’une vapeur de D2) est un peu meilleure
pour des ions D- (solution adoptée pour ITER) que pour des ions D+, mais reste limitée. Le
photodétachement des D- accélérés peut être beaucoup plus propre et efficace, mais requiert des
puissances lumineuses monumentales (à l’échelle d’ITER : des MW)1.
L’expérience effectuée au LAC démontre qu’une cavité optique peut être installée sur un
faisceau d’ions D- (en l’occurrence d’ions H-) pour atteindre le régime saturé (plus de 50 % d’ions
photodétachés) avec une puissance lumineuse réduite. Diamètre du faisceau et énergie cinétique
des ions sont ici de plusieurs ordres de grandeur inférieursà ce qu’ils seraient dans un injecteur
de neutres pour la fusion, mais la finesse de la cavité (de l’ordre de 3000) est déjà celle qui
permettraitde produire des
MW lumineux avec moins
d’1 kW d’entrée, sur un futur
injecteur industriel. La grande
longueur de la cavité (ici 1 m,
à terme 10 ou 100 fois plus) et
sa finesse rendent la
résonance sensible aux effets
de vitesse des miroirs et
asymétrique, comme
représenté sur la figure.
Figure 1 : Amplitude lumineuse transmise par une cavité Fabry-Perot, à différents instants de la
traversée de la résonance. Longueur de cavité : 1 million de λ ; finesse : 1569 ;
vitesse relative des miroirs : 0,6 mm/s.
1."SIPHORE: Conceptual Study of a High Efficiency Neutral Beam Injector Based on Photo-detachment for Future Fusion Reactors", A. Simonin,
L. Christin, H. de Esch, P. Garibaldi, C. Grand, F. Villecroze, C. Blondel, C. Delsart, C. Drag, M. Vandevraye, A. Brillet& W. Chaibi, AIP Conf.
Proc. 1390 (2011) 494.
Congrès général SFP 2017 Poster : PAMO - Cohérence et contrôle quantique: des Fondamentaux aux applications (Interféro. atom.)
Cohérence d'un ensemble d'atomes ultra-froids en interaction dans un capteur à ondes de matières piégées
Alexis Bonnin1, X. Alauze1, C. Solaro1, F. Combes2, J. N. Fuchs2,3, F. Piéchon, F. Pereira dos Santos1
1. SYRTE, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UMPC Université, LNE, 61 Avenue de l'Observatoire, 75014 Paris, France 2. Laboratoire de Physique des Solides, CNRS UMR 8502 Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay F-91405 Orsay CEDEX, France 3. Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée, CNRS UMR 7600, Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75252 Paris CEDEX 05, France
Le projet FORCA-G vise à développer un capteur quantique pour mesurer les forces à courte
distance (typiquement quelques micromètres). Ce capteur est basé sur un interféromètre
atomique dans lequel un ensemble d'atomes ultra-froids de 87Rb est piégé dans un réseau
optique vertical à 532nm. Pour des réseaux peu profonds, des transitions Raman stimulées sont
utilisées pour induire un couplage cohérent entre différents puits du réseau, permettant ainsi la
réalisation d'un interféromètre capable de sonder avec une très grande sensibilité le potentiel
local subi par les atomes. Grâce à un interféromètre de type Ramsey-Raman symétrisé, ce
capteur de force atteint une sensibilité sur la mesure locale de la fréquence de Bloch de 1.6x10-6
à 1s (à l'état de l'art), et donc sur la mesure du potentiel gravitationnel1,2.
Dans une étude récente3, nous avons étudié l'impact des interactions entre atomes qui
apparaissent lors de l'utilisation d'un ensemble atomique ultra-froid et dense comme source pour
notre interféromètre. En effet, une telle source permet de réduire les déphasages inhomogènes
ainsi que de peupler une petit nombre de puits pour une meilleure résolution spatiale de la
mesure de force. Pour des densités typiques de quelques 1012 atomes/cm3, nous observons un
comportement inattendu du contraste d'un interféromètre de Ramsey lorsqu'une impulsion est
utilisée pour le symétriser. Ces résultats sont interprétés comme la compétition entre la technique
d'écho de spin et un mécanisme d'auto-synchronisation des spins (SSR) basé sur l'effet de
rotation des spins identiques (ISRE4). Reposant sur l'indiscernabilité des particules, le mécanisme
SSR a été observé dans des horloges à atomes piégés, permettant d'obtenir des temps de
cohérence de plusieurs secondes5,6. L'étude de ces mécanismes dues aux interactions entre
atomes semble être d'un intérêt majeur pour la métrologie ainsi que pour le développement de
capteurs quantiques basés sur des sources atomiques ultra-froides permettant de sonder les
champs externes ressentis par les atomes avec une résolution spatiale meilleure que le
micromètre.
1. B . Pelle et al., State-labeling Wannier-Stark atomic interferometers, Phys. Rev. A 87, 023601 (2013). 2. A . Hilico et al., Contrast decay in a trapped-atom interferometer, Phys. Rev. A 91, 053616 (2015). 3. C . Solaro et al., Competition between Spin-Echo and Spin Self-Repahsing in a Trapped Atom Interferometer, Phys. Rev. Lett. 117, 163003 (2016). 4. C . Lhuillier and F. Laloë, Transport properties in a spin polarized gas, I, J. Phys. (Paris) 43, 197 (1982). 5. C . Deutsch et al., Spin self-rephasing and very long coherence times in a trapped atomic ensemble, Phys. Rev. Lett. 105, 020401 (2010). 6. G . Kleine Büning et al., Extended Coherence Time on the Clock Transition of Optically Trapped Rubidium, Phys. Rev. Lett. 106, 240801 (2011).)
1
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : Physique atomique, moléculaire et optique
Transition libre-libre du système CsAr
C. Benseddik1, M.T Bouazza1, K. Alioua2 et M. Bouledroua3
1 Faculté des Sciences, Département de Physique et LAMA Université Badji-Mokhtar, BP 12 Annaba, Algérie 2 Univerité Chérif Messaadia, Route de Annaba, B.P. 1553, Souk-Ahras 41000, Algérie 3 Faculté des Sciences Médicales et L.P.R, Université Badji-Mokhtar, BP 12 Annaba, Algérie
Dans ce travail, nous traitons théoriquement le phénomène d’élargissement de pression dans les
ailes lointaines du spectre d’émission dû aux transitions libre-libre de l’atome de césium dans un
gaz d’argon. Ce travail consiste, en particulier, à construire les courbes d’énergie potentielles
relatives aux états moléculaires X 21 2 + , A 21 2 , A 23 2 , et B 21 2
+ , ainsi que les moments
dipolaires de transitions en utilisant les données ab initio publiées par Blank et al [1]. Pour vérifier
l'exactitude de notre construction nous comparons nos constantes spectroscopiques telles que la
profondeur du puits de potentiel De et la distance d’équilibre Re avec d'autres disponibles dans la
littérature [2,3]. Nous effectuons aussi un calcul des énergies des niveaux vibrationnels et ro-
vibrationnels pour chaque état pour pouvoir vérifier la qualité de nos potentiels d'interaction.
1. L Blank, David E. Weeks, and Gary S. Kedziora, J. Chem. Phys. 136, 124315 (2012). 2. Jermy M. Merritt, Jiande Han. Terry Chang and Micheal C. Heaven, J. Thomas Schriempf, Proc. SPIE 7196, 7196OH (2009). 3. U. Buck and H. Pauly, Zeit. F. Phys. 208, 390 (1968).
1
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO
Gravity gradient measurements with an atom interferometer
R. Caldani, M. Langlois, A. Trimeche, S. Merlet and F. Pereira dos Santos LNE-SYRTE, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités,
UPMC Univ. Paris 06, 61 Avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
Since the last 15 years, our team at SYRTE has been
developing an atom gravimeter based on laser cooled
atoms and Raman transitions which reaches today an
accuracy of a few parts in 109 and a long term stability
in the low 10−10𝑔 range. Building on the knowledge we
have acquired and on our understanding on the limits of
the technology, we have recently started a new project
of developing a double ultra-cold atom interferometer to
precisely measure the Earth gravity gradient.
To improve the sensitivity of the gradiometer, we will
implement in our experiment the most advanced
technics of atomic manipulation and interferometry. We
are developing a magnetic atom chip (also used as a
mirror) to perform evaporative cooling and quickly
prepare ultra-cold atoms at a < 𝜇𝐾 temperature.
Indeed, operating the interferometer with an ultra-cold
atom source will reduce the expansion of the cloud
across the laser beams and thus the bias due to wave
front aberrations. In addition, we will use Bragg
diffraction instead of Raman diffraction to increase the
spatial separation between the arms of the
interferometer and thus boost the sensitivity of the
measurement. Moreover, the Bragg laser system will
allow for launching the atoms using a Bloch elevator
and thus for interrogating the atoms in a fountain
configuration. Finally, employing the same Bragg laser
beams to interrogate simultaneously two vertically separated interferometers will cancel all
common-mode phase noise when deriving the gravity gradient.
These techniques have already been demonstrated and proved their efficiency, but have not
reached their full potential so far. In particular, a precise metrological assessment of the
performances one can reach with them is still to be carried out. I will report on our progress in
implementing these technics in a new setup under development.
.
1
Figure 1 schema of the gradiometer science chamber
Présentation poster : PAMO Congrès général SFP 2017
Génération d’harmoniques en phase condensée
Fabrice Catoire et Henri Bachau Centre des Lasers Intenses et Applications (CELIA), CNRS, Univ. de Bordeaux, CEA
La génération d’harmoniques d’ordres élevés (GHOE) en phase gazeuse, présente un spectre
composé de deux zones. Une première partie sous le seuil d‘ionisation de la cible est
caractérisée par une décroissance exponentielle de l’amplitude des pics harmoniques. Une
deuxième zone entre le seuil d’ionisation et 3.2 Up, où Up est l’énergie podéromotrice, est
relativement plate enfin le spectre présente ensuite une coupure au-delà de cette énergie. La
génération d’harmoniques dans le plateau est interprétée par un mécanisme en trois étapes : – i
l’ionisation de la cible qui libère un paquet d’onde électronique qui – ii sous l’effet du champ laser
acquiert un excédent d’énergie. Le paquet a alors une probabilité non-nulle de revenir à proximité
de l’ion résiduel et de – iii recombiner
en émettant un photon dans la gamme
UV-XUV. Ce phénomène se répétant
tous les demi-cycles optiques, le
spectre est composé de fréquences
impaires de la fréquence
fondamentale du champ excitateur1.
Le spectre harmonique en phase
condensée a une structure très
différente de celle obtenue en phase
gazeuse (voir figure). Nous avons
modélisé la dynamique par un
système décrit par un électron actif
plongé dans ensemble de puits de
potentiel basé sur le modèle de
Krönig-Penney2 (voir3 pour la
modélisation des ATI). Le spectre
harmonique est étudié en fonction du nombre de puits, de l’amplitude du champ laser et de la
fréquence. Nous montrerons en particulier que la coupure ne suit plus une loi proportionnelle à
l’intensité du champ laser mais à l’amplitude du champ électrique de ce dernier comme il a été
montré expérimentalement4.
1. M. Lewenstein et al. Phys. Rev. A 49, 2117 (1994) 2. R. Kronig et al. Proc. Roy. Soc. A130, 499 (1931) 3. F. Catoire et al. Phys. Rev. Lett. 115,163602 (2015) 4. S. Ghimire et al. Nat. Phys. 7, 138 (2011)
1
Tracé du rendement harmonique pour un atome de Zn et en phase condensée
dans du ZnO. L’intensité laser est de 10 TW/cm² pour une impulsion de
longueur d’onde centrale 800 nm de durée 30 fs (régime perturbatif pour
l’atome).
PAMO Congres general SFP 2017
Evaluation de l’effet Doppler du second ordredans un piege a ions radio-frequence
Cyril Chatou1, Mathieu Collombon1, Gaetan Hagel1,Jofre Pedregosa-Gutierrez1, Marie Houssin1, Caroline Champenois1, Martina Knoop1
1 Aix Marseille Universite, CNRS, PIIM UMR 7345, 13397, Marseille, France
Un nuage d’ion Ca+ ,ici modelise par un systeme atomique a 4 niveaux | S1/2 >, | P1/2 >, | D3/2 > et| D5/2 >, estinterroge via la collection des photons de l’emission spontanee du niveau | P1/2 > vers | S1/2 >. La configuration
Figure 1: Schema du systeme a quatre niveaux.
lambda avec les lasers a 866 nm et 397 nm est a l’origine d’une resonance noire a deux photons. Si l’on couple leniveau| S1/2 > avec le niveau | D5/2 >(que l’on nommera respectivement | S > et | Q >) il est alors possible d’obtenirun processus a trois photons[1].En effet la transition a 729 nm est faiblement couplee et l’on peut diagonaliser le soussysteme tel que:
| SQ >= N(| S > +α | Q >) et | QS >= N(| D > −α | S >) (1)
avec un facteur de normalisation N et α = ΩC/2, on obtient de nouveau un systeme en lambda qui donne naissance aun etat noir tel que
| Ψdark >= N ′(ε | D > + | QS >) (2)
Avec ε = αΩB/ΩR et un facteur de normalisation N’. La condition pour que cet etat soit en effet decouple du reste dusysteme est
∆R+ ∆C −∆B + αΩC/2 = 0 (3)
Pour pouvoir realiser experimentalement un piegeage coherent de population a trois photons l’on doit reduire la phaserelative des trois lasers, afin que l’etat noir soit stable. Pour ce faire les trois lasers sont asservis en phase sur un peignede frequence lui meme asservi sur le laser a 729 nm, un Ti:Sa developpe au laboratoire dant la stabilite en frequenceest inferieur a 5 × 10−14 a une seconde. Dans le cadre de cette resonnance a 3 photons il existe une configuration quisupprime l’effet Doppler du premier ordre, qui est definit par la condition d’accord de phase ∆k = kR − kB + kC = 0.Malgre tout il existe encore un effet Doppler du second ordre que l’on devrait donc pouvoir evaluer, et en particuliercomparer sa contribution dans les cas de pieges quadrupolaire et octupolaire.
[1] C. Champenois, G. Hagel, M. Houssin, M. Knoop, C. Zumsteng, and F. Vedel, ”Terahertz frequency standard basedon three-photon coherent population trapping”, Phys. Rev. Lett., vol.99,no. 1,p. 013001,2007.
1
Division PAMO Congrès général SFP 2017
Comment l'environnement solide perturbe (ou non) la cohérence vibrationnelle: étude par échos de photons IR
Wutharath Chin1, Raphaël Thon2, Didier Chamma1, Jean-Pierre Galaup3, Claudine Crépin1 1 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, 91400 Orsay France 2 CNRS DR4, F91191 Gif-sur-Yvette, France 3 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.505, Campus d’Orsay, 91400 Orsay France
En sondant finement les effets
d’environnement qui peuvent affecter
les processus moléculaires à l’état
électronique fondamental, l’étude de
la dynamique vibrationnelle renseigne
sur les interactions inter- et
intramoléculaires au travers de la
dynamique de relaxation de
population et de la cohérence
vibrationnelle. Ces processus de
relaxation sont mesurés par la
technique de spectroscopie
vibrationnelle d’échos de photons IR.
Nous présentons les résultats obtenus
sur le complexe W(CO)6 piégé dans
diverssolides cryogéniques (gaz rares,
azote ou méthane) formant des
matrices cristallines de structures très similaires. Le mode d’élongation CO sert de sonde pour
étudier l’influence de la matrice sur la dynamique1. Nous montrons ainsi que les processus de
relaxation dépendent de la nature de la matrice,du site de piégeage, de la phase
cristallographique. Alors que le réseau de gaz rare n’induit aucun processus de déphasage
vibrationnel spécifique, les matrices moléculaires réduisent significativement le temps de
cohérence vibrationnel. Un couplage avec les mouvements de la matrice impliquant les modes de
libration de l’azotea été mis en évidence2. Les fluctuations d’orientation rotationnelle du méthane
perturbent fortement la relaxation vibrationnelle du W(CO)6 piégé3.Nous avons également mis en
évidence l’effet de la transition de phase du méthane solide.
1 R. Thon, W. Chin, D. Chamma, A. Gutiérrez Quintanilla, M. Chevalier, JP Galaup, and C. Crépin, W(CO)6 in cryogenic solids: A
comparative study of vibrational properties. J. Lumin. (2017) sous presse. 2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.01.041i 2R. Thon, W. Chin, J.-P. Galaup, A. Ouvrard, B. Bourguignon, C. Crépin, Vibrational Perturbations of W(CO)6 Trapped in a Molecular
Lattice Probed by Linear and Non Linear Spectroscopy. J. Phys. Chem. A 117 (34), 8145-8156 (2013) 3 R. Thon, W. Chin, D. Chamma, JP Galaup, A. Ouvrard, B. Bourguignon, and C. Crépin, Vibrational spectroscopy and dynamics of
W(CO)6 in solid methane as a probe of lattice properties. J. Chem. Phys. 145, 214306 (2016)
Figure. Schéma de l’expérience avec la séquence de trois impulsionsfemtosecondes IR k1, k2, k3 arrivant sur la molécule W(CO)6 piégée en matrice cryogénique et générant le signal d’écho de photon ks.
cryostat
Congrès général SFP 2017 PAMO
VERS UNE NOUVELLE MISE EN PRATIQUE DU KELVIN PAR SPECTROSCOPIE LASER
E. MOUFAREJ1,2, O. KOZLOVA3, B. DARQUIE2,1, S. K. TOKUNAGA1,2, S. BRIAUDEAU3 AND C. DAUSSY1,2
1 Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, Laboratoire de Physique des Lasers, F-93430 Villetaneuse, France
2 CNRS, UMR 7538, LPL, F-93430 Villetaneuse, France
3 Laboratoire Commun de Métrologie LNE-CNAM, F-93210, La Plaine Saint-Denis, France
En 2018 Le Comité International des Poids et Mesures (CIPM) prévoit de redéfinir le Système
International d’Unités (SI). Cette redéfinition consistera principalement à fixer la valeur d’un jeu de
constantes fondamentales dimensionnées (la valeur de la constante de Boltzmann sera fixée
pour redéfinir le kelvin). Cette réforme profonde de notre système de mesure qui reposera sur les
meilleures déterminations des constantes fondamentales (publication du Committee on Data for
Science and Technology) a pour objectif la mise en place d’un SI plus simple et plus cohérent. Se
posera alors le problème d’une nouvelle « mise en pratique » des unités. Pour la mise en pratique
du kelvin, plusieurs nouvelles méthodes de mesure de la température thermodynamique sont
actuellement en cours de développement dans différents laboratoires à travers le monde. Nous
proposons de mettre en œuvre une approche spectroscopique : la thermométrie Doppler. Cette
méthode repose sur l’expérience de mesure de la constante de Boltzmann par spectroscopie
laser développée au LPL [1-2]. Notre approche consiste à enregistrer le plus précisément
possible le profil Doppler d’une raie d’absorption moléculaire pour une vapeur à l’équilibre
thermodynamique. kB étant fixée dans le nouveau SI, la mesure de T sera ramenée à une mesure
de fréquence laser. La spectroscopie est réalisée dans le moyen infrarouge, autour de 10 µm,
dans un gaz moléculaire d’ammoniac à faible pression, placé à l’intérieur d’un thermostat. Nous
présentons de façon détaillée nos objectifs ainsi que la stratégie retenue.
1 C. Daussy, M. Guinet, A. Amy-Klein, K. Djerroud, Y. Hermier, S. Briaudeau, Ch.J. Bordé, and C. Chardonnet, First direct determination of the Boltzmann constant by an optical method, Phys. Rev. Lett. 98, Issue 25, 250801 (2007) 2 S. Mejri, P. L. T. Sow, O. Kozlovas, C. Ayari, S. K. Tokunaga, C. Chardonnet, S. Briaudeau, B. Darquié, F. Rohart and C. Daussy, Measuring the Boltzmann constant by mid-infrared laser spectroscopy of ammonia, Metrologia 52, S314-S323 (arXiv:1506.01828) (2015)
1
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO
Contrôle cohérent de formation de molécules ultrafroides
A. Devolder1,M. Desouter-Lecomte2, O. Atabek3, O. Dulieu1
1 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.505, Campus d’Orsay, 91400 Orsay France 2 Laboratoire de Chimie Physique, CNRS, Univ Paris-Sud, Bat 349, Campus d’Orsay, 91405 Orsay France 3 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, Univ Paris-Sud, Bat 210, Campus d’Orsay, 91405 Orsay France
Le refroidissement d’atomes en dessous du mK a été un des plus grands achèvements de la
physique de ces 30 dernières années et a ouvert la voie à de nombreuses applications
(métrologie, information quantique, ordinateur quantique …). L’étape suivante est de refroidir des
molécules qui avec leur structure interne et leur interaction anisotrope sont particulièrement
prometteuses pour ces applications. Néanmoins, cette structure interne complique le
refroidissement. Une des techniques les plus utilisées pour former des molécules ultrafroides est
la photoassociation de deux atomes ultrafroids. Malheureusement, l’étape d’émission spontanée
qui est un processus incohérent provoque une large occupation des états rovibrationelles de la
molécule. Une solution pour former des molécules ultrafroides dans leur état fondamental
rovibronique serait donc d’élaborer des méthodes de contrôle cohérent de la photoassociation.
Dans ce poster, nous présenterons les différents schémas envisagés de contrôle cohérent de
la photoassociation : résonance de Feshbach optique, STIRAP, pulses pump-dump et association
radiative stimulée. Dans la suite de nos travaux, nous voulons les appliquer pour la formation de
molécules polaires à couche ouverte (par exemple RbSr) qui présentent un grand intérêt pour la
simulation quantique et qui ont encore des difficultés à être formées. Nous présenterons les
calculs de photoassociation sur RbSr (voir figure 1) et en déduiront les transitions intéressantes
pour la suite.
1 Figure 1: Photoassociation de RbSr avec un laser décalé vers le rouge par rapport à la transition d'intercombinaison
1S→
3P du strontium. a) Courbes d'énergie potentielle de RbSr pour l'état
fondamental et des états excités corrélés à l'asymptote Rb (5s 2S)-Sr(5s5p
3P). (b) et (c) Vitesse de
photoassociation et de formation de molecules en fonction de la fréquence du laser de photoassociation
Pour les posters : PAMO Congrès général SFP 2017
Interférométrie atomique à travers un nanoréseau
F Correia1, H Bricha1, F Perales1, N Fabre1, M Ducloy1, J Baudon1, G Dutier1 1 Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS, Université Paris 13, 99 av J-B Clément, 93430 Villetaneuse France
L’interférométrie atomique à travers des nanoréseaux a été largement étudiée dans les
années 2000 mais toujours avec des jets thermiques, c’est à dire à grandes vitesses. Nous
proposons les premières mesures avec de l’Argon métastable à travers un nanoréseau de pas
100 nm, d’ouverture 50 nm et de profondeur 130 nm. La vitesse des atomes est contrôlée à
l’aide d’un dispositif unique de jet lent accordable1 entre 20 et 140 m/s pour une distribution de
vitesse de 3%.
Figure 1 : En noir : figure de diffraction d’un jet d’Argon métastable de 20 m/s à travers un nanoréseau.
En bleu, la courbe théorique de diffraction à une fente sans interaction atome surface. En abscisse l’échelle
est en mm sur le détecteur.
La figure 1 montre un interférogramme de la diffraction du jet à 20 m/s. La visualisation des
pics de diffraction à deux fentes nous permet d’estimer la cohérence de la source à 200 nm. A
cette vitesse l’enveloppe est très fortement dominée par l’interaction atome surface de type van
der Waals ou Casimir Polder (CP) comme le montre en comparaison la courbe bleue calculée
pour la diffraction à une fente (même enveloppe que pour plusieurs fentes) sans interaction entre
les atomes et la surface. L’interprétation théorique des résultats est riche de contraintes. Elle doit
premièrement prendre en compte le potentiel CP avec davantage de précision. Et deuxièmement,
l’approximation semi-classique n’est plus possible et un calcul quantique est nécessaire.
Ces nouvelles expériences présentent une situation inédite pour des études poussées de
l’interaction CP à courtes distances ouvrant la voie par exemple à la recherche d’une déviation au
potentiel Newtonien à très courte porté.
1. T Taillandier-Loize, S A Aljunid, F Correia, N Fabre, F Perales, J M Tualle, J Baudon, M Ducloy and G Dutier, "A simple velocity-tunable pulsed atomic source of slow metastable argon", J. Phys. D: Appl. Phys. 49 135503 (2016)
1
Colloque Fondamentaux et applications en nanophotonique résonnante Congrès général SFP 2017
Conception de nanostructures unidimensionnelles
pour l’émission et le guidage de la lumière à une échelle sub-
J.L. Duvail,1 D. Funes, 1A. Garreau, 1J. Bigeon,2 A. Désert, 1 N. Huby,2 B. Bêche,2 F. Massuyeau,1 S. Cordier,3 Y. Molard,3 E. Faulques,1 J.Y. Mevellec, 1 B. Humbert 1
1 Institut des Matériaux Jean Rouxel, UMR 6502 CNRS Université de Nantes, France
2 Institut de Physique de Rennes, UMR 6251 CNRS Université de Rennes-1, France
3 Institut des Sciences Chimiques de Rennes, UMR CNRS Université de Rennes-1, France
Les nanostructures unidimensionnelles sont des systèmes prometteurs pour intégration dans
des dispositifs en nano-optoélectronique et nanophotonique. Exploitant des procédés de mise en
forme issus de la méthode ‘template’ originaux par leurs simplicités et leurs coûts, il est possible
de concevoir des nano-architectures complexes en combinant différents matériaux afin de
contrôler les interactions lumière-matière à une échelle sub-, obtenir des effets de cavité, voire
une émission laser [1]. Nous présentons ici différentes nanostructures à base de polymères
conjugués ou non, d’or, ou encore de composites de luminophores nanométriques. Ces systèmes
ont permis les démonstrations de la propagation photonique ou plasmonique au sein de nanofils
et nanotubes passifs ou actifs, l’ingénierie excitonique de nano-sources. L’étude du couplage
plasmon-exciton est également envisagée.
Dans un premier système, une stratégie originale a été développée pour obtenir des nanofils
dont la couleur de photoluminescence est contrôlée par l’ingénierie spectrale et spatiale
(géométrie coaxiale). Celle-ci permet d’éviter le transfert de charge et d'énergie entre les deux
types de luminophores.
Dans un second système, les caractéristiques de propagation de la lumière le long de
nanotubes individuels de résine SU-8, largement utilisée en photonique intégrée, ont été
modélisées (FDTD) et déterminées expérimentalement (nanotubes de diamètre 240 nm et
d’épaisseur de paroi 60 nm). L’inclusion de composés à clusters de métaux de transition
phosphorescents ou de fluorophores organiques dans les parois des nanotubes ou dans le canal
au cœur du nanotube a permis de combiner émission et guidage de manière optimale.
Enfin, des développements récents seront présentés, avec pour objectif de réaliser des
dispositifs à détection SERS déportée ou à émission déportée. Pour cela, des nanofils coaxiaux
ont été fabriqués avec un cœur en or qui assure la propagation plasmonique puis l’amplification
du signal émis (Raman, fluorescence) par la gaine de polymère -conjugué, à distance du signal
d’excitation.
1. A. Garreau, J.L. Duvail Advanced Optical Materials 2, 1122-1140 (2014)
1
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : Division PAMO
Diffusing-wave spectroscopy with a cold atomic cloud
Aurélien Eloy1, William Guerin1, Mathilde Fouché1 & Robin Kaiser1 1 Université Côte d'Azur, CNRS, INPHYNI, 06560 Valbonne, France
While in conventional lasers feedback is provided by the optical cavity, in a so-called random
laser it is provided by multiple scattering in the gain medium itself. This kind of laser has been
studied for many years [1]. It is usually based on condensed matter systems, where gain and
scattering are obtained by two different physical systems. But one can also use cold atoms to
provide gain and scattering at the same time. as recently demonstrated by our team [2]. However
the characterization of such a laser is challenging. The coherence properties of this cold-atom
random laser remain to be studied in more details.
The first step towards this characterization was the study of the frequency noise power
spectral density of conventional lasers. We have recently shown the role of the atoms in the
conversion from frequency noise to intensity noise [3]. Now we propose to move forward by
analyzing the second-order correlation function of the emitted light in different regimes, first in a
passive medium and finally by adding gain. A probe is sent in the cold-atomic cloud and the
scattered photons are collected via a Hanbury Brown – Twiss detection set-up. We are able to
probe the atoms either in the single scattering regime, when the probe is far detuned, or in the
multiple scattering regime. This is the first demonstration of the diffusing wave spectroscopy [4] in
a cold atomic cloud.
A random laser requires a fine tuning between gain and scattering. Whereas scattering is easy
to measure in our experiment, the amount of gain provided by the atoms remains to be measured.
To do so, a pump-probe spectroscopy is implemented. The amplification is obtained using a two-
photon transition between the two hyperfine ground states of the 85Rb and we measure the
amplification at the frequency of the probe. We present here our first measurement of the amount
of gain. Based on those measurements, we are able to extract the gain length which is an
important parameter concerning the random laser. By extracting the mean free path of the light
independently, it will be possible to compare the threshold of the random laser obtained
experimentally and the one predicted by ab-initio models [5].
[1].D. S. Wiersma, Nat. Phys., 4, 359 (2008) [2].Q. Baudouin, N. Mercadier, V. Guarrera, W. Guerin and R. Kaiser, Nat. Phys., 9, 357 (2013) [3].S. Vartabi-Kashanian, A. Eloy, W. Guerin, M. Lintz, M. Fouché and R. Kaiser, Phys. Rev. A, 94, 043622 (2016) [4].D. J. Pine, D. A. Weitz, P. M. Chaikin and E ; Herbolzheimer, Phys. Rev. Lett., 60, 1134 (1988) [5].W. Guerin, Y. D. Chong, Q. Baudouin, M. Liertzer, S. Rotter and R. Kaiser, J. Opt. Soc. Am. B, 33(9), 1888 (2016)
1
Pour les colloques : Division Physique Atomique, Moléculaire et Optique (PAMO) Pour les posters : Division ou commission SFP associée
Cooperative Lamb shift and superradiance in a semiconductor optoelectronic device
G. Frucci1, S. Huppert1,3, A. Vasanelli1, B. Dailly1, Y. Todorov1, G. Beadoin2, I. Sagnes2, and C. Sirtori1 1Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques
2Laboratoire de Photonique et de Nanostructures, CNRS, 91460 Marcoussis, France
3Present address: Institut des NanoSciences de Paris
When a single excitation is shared between a large number of two-level systems, a strong
enhancement of the spontaneous emission appears. This phenomenon is known as
superradiance1,2. This enhanced rate can be accompanied by a shift of the emission frequency,
the cooperative Lamb shift3,4 issued from the exchange of virtual photons between the emitters.
In this work we present a semiconductor optoelectronic device allowing the observation of
these two phenomena at room temperature. We demonstrate experimentally and theoretically that
plasma oscillations in spatially separated quantum wells interact through real and virtual photon
exchange. This gives rise to a superradiant mode displaying a large cooperative Lamb shift5.
The two samples used in this study are based on GaInAs/AlInAs highly doped QWs. The first
one consists of a single 45 nm GaInAs layer, n-doped with a surface density Ns = 7.5×1013 cm−2,
sandwiched between two AlInAs barriers. The second sample is designed such that six QWs,
identical to that of single quantum well sample, are distributed within one wavelength and
separated one another by a sufficiently thick barrier to avoid tunneling. We show experimentally
and theoretically that single photon superradiance and cooperative Lamb shift are engineered in
our semiconductor device by spatially separating plasma optical resonances arising from the
collective motion of confined electrons in the QWs. These resonances have no mutual Coulomb
coupling and interact only through absorption and re-emission of real and virtual free space
photons, similarly to macro-atoms that can be localized on different positions along the axis
perpendicular to the sample surface, with their dipole oriented along the same axis. Our
semiconductor quantum system is therefore very valuable to simulate, in a solid state system, the
low excitation regime of phenomena typical of quantum electrodynamics.
Figure 1: Linewidth (a) and energy shift (b) of the main plasmon peak as a function of θ and its
comparison to the theoretical model (black line). Inset: schematic representation of the two samples used in
this study.
1R. H. Dicke, Phys. Rev. 93, 99 (1954)
2M. Gross and S. Haroche, Physics Reports 93, 301 (1982)
3M. O. Scully and A. A. Svidzinsky, Science 325, 1510 (2009)
4R. Friedberg and J. T. Manassah, Phys. Rev. A 81, 043845 (2010)
5G. Frucci, et al., New Journal of Physics, accepted manuscript, (2017)
O1 Congrès général SFP 2017
X-ray Photelectron Spectroscopy of free-standing Carbon nanoparticles.
I. Papagiannouli1, J. Gaudin1, V. Blanchet1, E. Lamour2, A. Lévy2, M. de Anda Villa2, A. Scalabre3 , M. Patannen4
1 CEntre Lasers Intenses et Applications, 43 rue Pierre Noailles, 33405 Talence, France 2 Institut des NanoSciences de Paris, Sorbonne Universités UPMC Paris 6, 75252 Paris Cedex 05, France 3 Institut des Sciences Moléculaires, CNRS UMR 5255, 351 Cours de la Libération, 33400, Talence, France4 NANOMO research unit, Faculty of Science, P.O. Box 3000, 90014 University of Oulu, Finland
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is one of the best experimental technique to perform elemental and chemical bonding charaterisation of materials. Synchrotron sources provide tunable x-ray, with high energy resolution, which enable depth resolved studies. This turns out to be a very pertinent way to study nanomaterials1.
In this work, XPS has been employed on two types of carbon based nanoparticles (NP) : nanodiamonds (NDs) and carbon dots (CDs). The experiments have been performed at the synchrotron SOLEIL, in the PLEIADES beamline. It delivers a tunable photon energy beam from a few eV to 1KeV though a ultra-high resolution monochromator (10th of meV). The NPs were injected in the experimental chamber
thanks to an aerodynamic lens3. The XPS spectrum of the free standing NPs were measured with an hemispherical electron analyzer. The K-edge XPS peak of O, C and N were measured at different photon energies allowing us to scan depth from 0.6 to 2.3 nm . More precisely, for NDs the C1s core level spectra for various types of commercial nanoparticles was used to determine the sp2-to-sp3 ratio change as a function of depth. The influence of the particle size and/or their preparation method2 is investigated. The CDs are thought to be made of a graphitic core surrounded by a shell made of small molecules resulting form the synthesis process (on our case fragment of NHS). We focused on the analysis of this shell which is responsible for the very efficient photoluminescence properties of th CDs. This latter makes the CDs very attractive for a wide range of applications. Ex-situ characterization (HRTEM, IR spectroscopy and PL spectroscopy) were also performed to fully characterize the CDs.
Our work shows that free standing XPS can be performed on carbons based NPs and provide valuable informations to understand the electronic properties of carbon based nanoparticles.
1. D.D. Sarma, P.K. Santra, S. Mukherjee, A. Nag, X-ray photoelectron spectroscopy : a unique tool to deterine the internal heterostructure of nanoparticles, Chem. Mater. 25, p1222, (2013)2. T. Petit, J.-C. Arnault, H.A. Girard, M. Sennour, P. Bergonzo, Early stages of surface graphitization on nanodiamond probed by x-ray photoelectron spectroscopy, Phys. Trev. B. 84, p233407 (2011)3. X. Wang, P. H. McMurry, A design tool for aerodynamic lens systems, Aerosol Sci. Tech. 40, p320 (2006)
1
XPS C 1s spectra of 20 nm CDs.
Congrès général SFP 2017 Division PAMO
Scintillation de molécules biologiques résolue en temps, induite par des paquets d’électrons ultra-courts
M. Bouhier1, M Géléoc2, D. Guillaumet2, T. Gustavsson2, B. Lucas3, T. Oksenhendler4, J-P. Renault1, E M. Staicu Casagrande5
1. NIMBE, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette France
2. LIDYL, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette France
3. Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas UMR 8578
4 ITEOX, 503 Institut d’Optique Graduate School, Centre entrepreneurial
5. Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay, UMR 8214, Université Paris-Sud, Orsay Cedex, France
L’étude des effets indirects des rayonnements
ionisants en phase condensée a été largement
abordée et comprise alors que celle des effets directs
l’est surtout en phase gaz. Nous avons entrepris le
développement d’un outil ultrarapide de faible coût
qui pourrait permettre l’étude des effets directs en
phase condensée.
Figure 1 : Mesure de distribution temporelle de
scintillation sur ADN solide réalisée en 5 min avec une
fonction d’appareil de 10 ps.
L’outil repose sur une source de type canon à électrons, déclenché par laser femtoseconde à très haute
cadence (76 MHz) et dont les paquets ne contiennent qu’un faible nombre d’électrons. Le couplage de cette
source à la méthode de comptage de photon Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) nous a permis
de réaliser les premières mesures de distribution temporelle de scintillation de l’ADN résolues en temps et
de démontrer qu’il est possible d’étudier des matériaux faiblement scintillants aux temps courts par
cathodoluminescence à haute résolution temporelle. L’obtention d’informations différentes mais
complémentaires de celles obtenues par photoluminescence, avec un coût d’installation beaucoup plus
faible pour les électrons que pour les photons XUV ou les rayons X peut s’avérer pertinente pour les
applications actuelles ou émergentes.
1. Aidelsburger et al. PNAS 107 (2010)
2. Baum Chem Phys (2013)
3. Wytrykus et al. Appl Phys B (2009)
4. Barnett et al., J of Microscopy, (1975)
Division ou commission SFP associée Congrès général SFP 2017
Holographic optical tweezers technique entirely managed by Labview for generation of geometrically modified Laguerre-Gauss optical traps
José Vulfrano GONZÁLEZ-FERNÁNDEZ, Jean-Pierre GALAUP
Laboratoire Aimé Cotton, CNRS UMR 9188, Université Paris-Sud, Bât. 505, 91405, Orsay cedex, France
In this poster, we present the full control and
automation of a holographic optical tweezers
experiment (HOTs) and as examples, the
generation of geometrically modified optical
traps performed using Labview. The
management of the experiment contains four
unified elements to facilitate the user's handling
of the HOTs technique with the control of the
following elements: 1) the support table in XYZ
for the positioning of the sample on an inverted
microscope, 2) the power of the trapping laser,
3) a CCD camera for image records and
manipulation, and 4) the generation of
holograms through the monitoring of a liquid
crystal spatial light modulator (LC-SLM).
For the manipulation of micro-particles with optical tweezers, it is necessary to control the
scattering force corresponding to the radiation pressure and the gradient force which depends on
the laser intensity1. With a laser beam in Gaussian mode, the maximum of intensity is in the
center of the beam which allows the trapping of small transparent particles with refractive index
higher than their surrounding medium, water usually. By using a LC-SLM on which computer
generated holograms can be imprinted, other specific beam shapes can be created by diffraction
on it of an original Gaussian beam. Indeed, for instance, Laguerre-Gauss beam with a donut
shape can be obtained. Such beam can be effective for trapping objects with a refractive index
lower than the medium as bubbles.
With the Labview software we have developed, we are able to generate different beam modes,
like differently shaped Laguerre-Gauss beams with triangular, quadrangular or pentagonal
shapes2, but also Bessel modes, Mathieu modes beams or others. These different shaped beams
could be suitable for trapping objects with non-spherical shapes with the added difficulty due to
the contribution of an angular momentum able to induce rotations of the trapped object.
1. O.M. Maragò, P.H. Jones, P.G. Gucciardi, G. Volpe, A.C. Ferrari, Optical trapping and manipulation of nanostructures, Nat. Nanotechnol. 8, p 807 (2013) 2. D. Fabienne, Holographie dynamique pour les atomes froids : modes de Laguerre-Gauss et leurs variantes, thesis, UP-Sud. (2011).
1
Figure 1: Holographic optical tweezers setup.
Pour les posters : Division Physique Atomique, Moléculaire et Optique Congrès général SFP 2017
Control of H2 and D2 dissociative ionization in the non-linear regime using EUV femtosecond pulses at the Fermi Free Electron Laser
F. Holzmeier1, M. Hervé1, A. Achner2, T. Baumann2, M. Meyer2, M. Di Fraia3, P. Finetti3, O. Ple-kan3, R. Richter3, C.Callegari3, K. C. Prince3, D. Gauthier3, E. Roussel3, R. Bello4, A. Palacios4,
F. Martín4, H. Bachau5, and D. Dowek1 1 Institut des Sciences Moléculairs d’Orsay, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay, 91400 Orsay, France 2 European XFEL, 22607 Hamburg, Germany 3 Elettra-Sincrotrone Trieste, 34149 Basovizza Trieste, Italy 4 UniversidadAutónomade Madrid, 28019 Madrid, Spain 5 Université de Bordeaux, 33405 Talence, France
H2 and D2 molecules were photoionized in a non-linear 2-photon process via resonantly ex-
cited intermediate states thanks to the unique properties of the FERMI free electron laser (FEL)
providing bright, coherent and tunable EUV femtosecond (fs) pulses. Selective excitation of the
vibrationally resolved H2*(B 1Σu
+, v=8-17) and H2*(C 1Πu, v=2-4) states using 100 fs FEL pulses in
the 12-15 eV range made it possible to investigate the influence of the nuclear degree of freedom
(DOF) on the outcome of photoionization: depending on the intermediate state’s internuclear dis-
tance expansion, absorption of the second photon leads to dissociative (DI) and/or non-
dissociative ionization (NDI).
Time-of-flight (TOF) mass spectrometry, together with electron and ion velocity map imaging
(VMI), were employed on the LDM beamline1 to analyze the DI/NDI ratio, kinetic energy spectra
and angular distributions of photoelectrons and H+ fragment ions. DI was observed to be en-
hanced drastically by up to two orders of magnitude compared to one-photon ionization, as pre-
dicted by time-dependent Schrödinger equation calculations for 1-10 fs pulses and accounting for
the DOF of electrons and nuclei.2,3 Excitation of isolated H2*(B 1Σu
+,v) levels even leads to situa-
tions where DI dominates NDI, which is very unusual for valence shell ionization. For such cases,
clear oscillations in the ion fragment energy spectra are discerned, which reflect a projection of
the intermediate state vibrational wave function onto the ionic H2+(2pσu) dissociative state. The
photoelectron spectra feature the analogous structures for electrons correlated to DI. The latter
spectra moreover yield access to the vibrational distribution of the H2+(X 2Σg) ground state for NDI.
As the distribution is quite sensitive to the vibronic intermediate state, it provides an additional
probe of the induced nuclear dynamics. New calculations based on time-dependent second order
perturbation theory, well adapted to the 100 fs EUV pulses as utilized in the experiment, are in
progress. Furthermore, the remarkable anisotropies observed in the angular distributions com-
plement the characterization of the photoionization dynamics.
1. V. Lyamayevet al. 2013 J. Phys. B: At. Mol. Opt.Phys.46 164007; C. Svetinaet al. 2015 J. Synchrotron Radiat.22 538 2. A. Palacioset al. 2006 Phys. Rev. Lett.96 143001; 2007 Phys. Rev. A75 013408 3. J. F. Pérez et al. 2010 J. Phys. B: At. Mol. Phys. 43 015204.
Pour le colloque : Dynamique électronique et nucléaire aux échelles de temps ultrabrèves : atto, femto, picoseconde Congrès général SFP 2017
Variation ultrarapide de la section efficace d’absorption de nanoparticules plasmoniques sous impulsion subpicoseconde
X. HOU, N. Djellali, T. Labouret, B. Palpant Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire, CentraleSupélec – Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay – CNRS, Université Paris-Saclay, F-92295 Châtenay-Malabry cedex, France
Les nanoparticules plasmoniques sont largement étudiées en raison de leur forte section efficace d’absorption optique, permettant une exaltation du champ électromagnétique local ou la conversion locale de lumière en chaleur. L’excitation des nanoparticules par des impulsions ultrabrèves peut non seulement générer un échauffement bien plus confiné qu’avec un éclairement continu, mais également induire la production de plasma, de dérivés réactifs de l’oxygène, de cavitation, autant de phénomènes intéressants pour des applications biomédicales.1,2 Par conséquent, il est important de bien évaluer la quantité d’énergie absorbée par les nanoparticules.
Pendant l’absorption une impulsion laser ultrabrève, la distribution des électrons est fortement modifiée : une distribution athermale est créée, qui relaxe ensuite vers l’équilibre par diffusion électron-phonon, radiation, et éjection d’électrons vers le milieu hôte. Ces processus transitoires résultent en une modulation de la réponse optique du nano-objet pendant l’impulsion elle-même (Figure).
Dans cette communication, nous démontrons grâce à une simple expérience de transmission optique l’influence des électrons chauds sur la section efficace d’absorption de nanobâtonnets d’or dans l’eau, excités par un laser subpicoseconde quasiment accordé à la résonance de plasmon longitudinale. Les résultats sont interprétés avec un modèle qui prend en compte la nature non thermale de la fonction de distribution des électrons, ainsi que l’émission d’électrons multiphotonique.3
1. E.Boulais,R.LachaineandM.Meunier,“Plasma-mediatednanocavitationandphotothermaleffectsin
ultrafastlaserirradiationofgoldnanorodsinwater”,J.Phys.Chem.C,Vol.117,9386–9396,2013.2. T.Labouret,J.-F.Audibert,R.PansuandB.Palpant,“Plasmon-assistedproductionofreactiveoxygen
speciesbysinglegoldnanorods”,Small,Vol.11,4475-4479,2015.3. T.LabouretandB.Palpant,“Nonthermalmodelforultrafastlaser-inducedplasmagenerationarounda
singleplasmonicnanorod”,Phys.Rev.B,Vol.94,245426,2016.
Figure : Evolution temporelle du spectre de section efficace d’absorption d’un nanobâtonnet d’or de 12.5x50 nm2 excité par une impulsion de 100 fs (centrée en t=0, polarisation longitudinale, puissance crête 1 GW/cm2). Calcul par modèle non thermal.
400 500 600 700 800 900 1000 1100longueur d'onde en nm
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
sect
ion
effic
ace
d'ab
sorp
tion
en n
m2 t = -125 fs
t = -69 fst = 125 fs
O1 Congrès général SFP 2017
Analogue à l’horizon d’un trou noir en optique
M.J. Jacquet1,2, F.König1 1 Quantum Optics Group, University of St Andrews, School of Physics and Astronomy, North Haugh, St Andrews KY169SS, United-Kingdom 2 Société Française de Physique, 33 rue Croulebarbe, 75013 Paris, France
Les fluctuations du vide quantique à l’horizon des
trous noirs causent leur évaporation par émission
thermique de bosons et de fermions1 : les trous noirs ne
sont pas noirs mais émettent une radiation, dite de
Hawking. Hélas, cet effet est trop faible pour jamais
pouvoir être détecté directement. Il est heureusement
possible de recourir à des systèmes de laboratoire pour
recréer la physique des ondes en géometrie
Lorentziennes, ce qui permet de tester la théorie de
Hawking2.
Figure 1 : Spectre de l’émission spontanée de lumière par un front d’indice de réfraction dans un milieu
dispersif.
En particulier, il est possible de faire interagir la lumière avec elle-même dans un milieu dispersif
pour créer un analogue à l’horizon des événements, depuis lequel l’émission spontanée depuis le
vide peut être observée3. Cependant, à ce jour la radiation de Hawking n’a pas été observée en
optique – parce que les conditions extrêmes à l’horizon rendent difficile toute prédiction analytique
des exacts paramètres de la radiation pour une expérience réaliste.
Ici nous révélons les propriétés de l’émission spontanée depuis le vide par un front d’indice de
réfraction4 en utilisant un modèle analytique décrivant l’interaction de la lumière avec la matière5.
Nous étudions les diverses configurations possibles pour les modes du champ électromagnétique
au voisinage du front, avec et sans analogue d’horizon. Il en résulte que le spectre d’émission
spontané, tel qu’observable dans le laboratoire, est caractéristiquement structuré en intervalles
d’émission avec, et sans, horizon. Nous remarquons, pour la première fois, la présence d’un pic
d’émission dans l’UV, que nous identifions avec le partenaire de la radiation de Hawking. Nous
présentons aussi des résultats expérimentaux qui confirment la validité du modèle théorique,
ouvrant ainsi la voie à l’observation de la radiation de Hawking dans une fibre optique.
1. Hawking, S., Nature (1974) 2. Unruh, W .G., Phys Rev Let (1981) 3. Philbin, T., et al, Science (2008) 4. Jacquet, M., and König, F., Phys Rev A (2015) 5. Finazzi, S., et al, Phys Rev A (2013)
1
Radiation de Hawking
Den
sité
sp
ect
rale
d’é
mis
sio
n
Longueur d’onde λ (µm)
Partenaire
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO Spectroscopie laser à haute résolution des raies de l’ozone par QCL non asservie: Déplacements de fréquence dans la bande v3
M. Minnisale1,2,3, T. Zanon-Willette3, P. Jeseck3, H. Elandaloussi3, P. Marie-Jeanne3,
C. Rouillé3, Y. Té3, C. Boursier3, C. Janssen3 1 Aix Marseille Université, CNRS, PIIM UMR 7345, 13397 Marseille, France 2 Aix-Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille, Institut Fresnel UMR 7249, 13013 Marseille, France 3 LERMA-IPSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Observatoire de Paris, PSL Research University, F-75005 Paris, France
L’objectif de cette communication est de présenter les premiers résultats expérimentaux
concernant l’observation des déplacements de fréquence des raies moléculaires de l’isotopologue principal de l’ozone par collision avec des gaz nobles et de l’air à faible pression (2 à 80 hPa). Les mesures sont reéalisées sur quelques raies dans la bande ν3 à 9.54 microns (1049 cm−1) par spectroscopie Doppler à l’aide d’une diode à cascade quantique (QCL) non asservie puis comparées à d’autres mesures effectuées par spectroscopie à transformée de Fourier à des pressions plus élevées1,2. Les résultats sont comparés à un calcul semi-classique3. On terminera par une rapide présentation du projet d’asservissement de notre QCL sur un peigne de fréquences optiques pour des mesures spectroscopiques sans effet Doppler à très haute résolution en fréquence.
1. Smith, M.A.H., Rinsland, C.P., Devi, V. Malathy, Benner, D. Chris, Thakur, K.B., Measurements of air-broadened and nitrogen-broadened half-widths and shifts of ozone lines near 9 μm, J. Opt. Soc. Am. B 5, p. 585 (1988).
2. Sokabe, N., Hammerich, M., Pedersen, T., Olafsson, A. Hennigsen, J. Photoacoustic spectroscopy of O3 with a 450 MHz tunable waveguide CO2 laser, J. Mol. Spectrosc. 152, p. 420 (1992).
3. Robert D. , Bonamy, J. Short range force effects in semiclassical molecular line broadening calculations. J. Phys. France 40, p. 923–943, (1979).
SPECTROSCOPIE LASER A HAUTE RESOLUTION DES RAIES DE L’OZONE16O3 PAR QCL NON ASSERVIE:
ESTIMATIONS DES DEPLACEMENTS DE FREQUENCE DANS LA BANDE n3PAR COLLISION AVEC DE L’AIR ET DES GAZ NOBLES A FAIBLE PRESSION
T. Zanon-Willette1, M. Minissale2, P. Jeseck1, H. Elandaloussi1, C. Rouille1, P. Marie Jeanne1, Y.Te1, C. Boursier1, C. Janssen1
1 LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universites, UPMC Univ.Paris 06, F-75005, Paris, France
2 Aix-Marseille Universite, PIIM & Institut Fresnel, CNRS, 13397 Marseille, France
RESUME
L’objectif de cette communication est de presenter les premiers resultats experimentauxconcernant l’observation des deplacements de frequence des raies moleculaires de l’isoto-pologue principal de l’ozone par collision avec des gaz nobles et de l’air a faible pression(2 a 80 hPa). Les mesures sont realisees sur quelques raies dans la bande n3 a 9.54 microns(1049 cm1) par spectroscopie Doppler a l’aide d’une diode a cascade quantique (QCL) nonasservie puis comparees a d’autres mesures effectuees par spectroscopie a transformee deFourier a des pressions plus elevees [1, 2]. On discutera egalement du role eventuel du cou-plage quadrupole-dipole induit entre l’ozone et la distribution du nuage electronique du gazperturbateur qui pourrait ajouter une contribution relativement significative a une evaluationtheorique complete du deplacement de frequence collisionnel. On terminera cette commu-nication par une rapide presentation du projet d’asservissement de notre QCL sur un peignede frequences optiques pour des mesures spectroscopiques sans effet Doppler a tres hauteresolution en frequence.
MOTS-CLEFS : Ozone; moment quadrupolaire; laser a cascade quantique; peigne defrequence
FIGURE 1 : Spectre Doppler experimental de l’ozone a 1049 cm1 avec une QCL non asservie.
[1] Smith, M.A.H. and Rinsland, C.P. and Devi, V. Malathy and Benner, D. Chris and Thakur, K.B., Measu-rements of air-broadened and nitrogen-broadened half-widths and shifts of ozone lines near 9 µm, J. Opt.Soc. Am. B 5, 585 (1988).
[2] Sokabe, N. and Hammerich, M. and Pedersen, T., and Olafsson, A. and Hennigsen, J. Photoacoustic spec-troscopy of O3 with a 450 MHz tunable waveguide CO2 laser, J. Mol. Spectrosc. 152, 420 (1992).
Figure 1 : Spectre Doppler expérimental de l’ozone à 1049 cm−1 avec une QCL non asservie.
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO
New length sensor for optical absorption cells based on circular interferometry yielding ten micrometer accuracy
H. Elandaloussi1, P. Marie-Jeanne1, C. Rouillé1, C. Janssen1
1 LERMA-IPSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Observatoire de Paris, PSL Research University, F-75005 Paris, France
Accurate path length measurements in absorption cells are recurrent requirements in
quantitative absorption spectroscopy. A new twin path laser interferometer has been developed to that purpose. The instrument performance is verified using a specially designed absorption cell of known length. The instrument will be useful for precision measurements of (UV) absorption cross sections of strongly absorbing atmospheric molecules, such as ozone, halogen oxides, sulfur dioxide and volatile organic compounds.
We have set up a ring interferometer with two counterpropagating beams, based on a HeNe laser. Fig. 1 shows the setup. A cell with known length (L = 44.8135 ± 0.0027 mm) has been used to verify the interferometer performance. Interferometically length measurements are summarized in Table I and show excellent agreement with the reference value.
Table 1 : Summary statistics of measurements at four days
Day Inclination angle / ° Average cell length /
mm Standard deviation /
mm Number of repeats
1 0 44.8093 4.6 20
2 0 44.8113 4.4 19 3 2.7 44.8110 7.9 21 4 0 44.8099 5.5 20
1,2,4 0 44.8101 4.8 59
A complete uncertainty budget reveals that about 1/300 of a HeNe fringe can be resolved, leading to a relative uncertainty of 1.4 · 10–4 in the fringe number measurement. Other main contributions are uncertainties in temperature, pressure and molecular refractivity, which contribute about equally (6 to 7 · 10–5, each) to the uncertainty in n − 1, resulting in an overall relative standard uncertainty of ur(L) = 1.8 · 10–4, or u(L) = 8.0 μm absolute. This is eight times less than recently published results based on a Michelson interferometer1. The content of this paper has been published in Applied Opyics.2
1. Viallon J, Lee S, Moussay P, Tworek K, Petersen M, Wielgosz RI. Accurate measurements of ozone absorption cross-sections in the Hartley band. Atmos. Meas. Tech. 8, pp. 1245-1257 (2015).
2. Elandaloussi H, Rouillé C, Marie-Jeanne P, Janssen C. Modified Sagnac interferometer for contact-free length measurement of a direct absorption cell. Appl. Opt. 55, pp. 1971-1977 (2016).
Figure 1 : Interferometer setup. Optical scheme (left): L − lenses, P − polarizers, M − plane mirrors, BS − beam splitter, D − detectors, λ/4 − quarter wave plate, C − gas cell. Photograph of absorption cell (right).
that about 1/300 of a HeNe fringe can be
New length sensor for optical absorption cells basedon circular interferometry yielding ten micrometer
accuracyHadj Elandaloussi, Christian Rouille, Patrick Marie-Jeanne, Christof Janssen
LERMA-IPSL (Laboratoire d’Etudes du Rayonnement et de la Matiere en Astrophysique et Atmospheres)Sorbonne Universites, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Observatoire de Paris, PSL Research University, France
Abstract—We present a new circular twin path laser interfer-ometer for length measurements of absorption cells using theoptical path length change due to refractive index diminutionwhen the cell originally filled with nitrogen gas is evacuated.At a resolution of about 1/300 of a HeNe fringe, a standarduncertainty of u(L) = 8.0 µm is demonstrated, providing anabout eightfold improvement over previous reports. The paperhas recently been published in Applied Optics.
Index Terms—Optical interferometry, Length measurement,Metrology, Absorption, Refractive index
I. INTRODUCTION
Accurate path length measurements in absorption cells arerecurrent requirements in quantitative absorption spectroscopy.A new twin path laser interferometer has been developed tothat purpose. The instrument performance is verified usinga specially designed absorption cell of known length. Theinstrument will be useful for precision measurements of (UV)absorption cross sections of strongly absorbing atmosphericmolecules, such as ozone, halogen oxides, sulfur dioxide andvolatile organic compounds.
II. EXPERIMENT AND RESULTS
We have set up a ring interferometer with two counterpropa-gating beams, based on a HeNe laser. Fig. 1 shows the setup. Acell (Fig. 1b) with known length (L = 44.8135 ± 0.0027 mm)has been used to verify the interferometer performance.
HeN
e Laser
BS
M M
M
D
D
M
C
λ/4
P∥
P ⊥
L
L
(a) Interferometer scheme (b) Side view on cell
Fig. 1. Setup – Top view on interferometer (left): L lenses, P polarizers,M plane mirrors, BS beam splitter, D detectors, /4 quarter waveplate, C gas cell. Reference cell with attached Pt100 sondes (right).
The path length (L) of the cell with parallel windows is
based on the optical path difference equation
L =
F
n 1
cos, (1)
where F is the fringe number, the inclination, and othersymbols take their usual meaning. Quantities are measureddirectly except for n 1, which is obtained from solving theLorentz-Lorenz equation:
R = R0NA =
n2 1
n2+ 2
, (2)
using the equation of state from Span et al. [1] and themolecular refractvity R0 from Birch [2].
The very consistent results of four cell length measurementsare summarized in Table I and show excellent agreement withthe reference value. A complete uncertainty budget reveals
TABLE ISUMMARY STATISTICS OF MEASUREMENTS AT FOUR DAYS
Day Inclination Average cell Standard Number ofangle / length / mm deviation / µm repeats
1 0 44.8093 4.6 202 0 44.8113 4.4 193 2.73 44.8110 7.9 214 0 44.8099 5.5 201,2,4 0 44.8101 4.8 59
that about 1/300 of a HeNe fringe can be resolved, leadingto a relative uncertainty of 1.4 · 10–4 in F . Other maincontributions are uncertainties in temperature, pressure andmolecular refractivity, which contribute about equally (6 to7 · 10–5, each) to the uncertainty in n 1, resulting in anoverall relative standard uncertainty of ur(L) = 1.8 · 10–4, oru(L) = 8.0µm absolute. This is eight times less than recentlypublished results based on a Michelson interferometer [3].
III. CONCLUSION AND OUTLOOK
We have developed a new interferometer for the accuratemeasurement of absorption paths in gas cells. A standarduncertainty u(L) = 8.0µm has been demonstrated, implyingan about eightfold improvement over previous measurements.The present interferometer presents some limitations with
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO
A new ozone reference : the absolute ozone absorption cross section at the 325 nm HeCd laser wavelength
C. Janssen1, H. Elandaloussi 1, J. Gröbner 2 1 LERMA-IPSL, CNRS,. Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Observatoire de Paris, PSL Research University, F-75005 Paris, France 2 Physikalisches Meteorologisches Observatorium Davos, World Radiation Center, Davos Dorf, Switzerland
The room temperature (294.09 K) absorption
cross section of ozone at the 325 nm HeCd wavelength has been determined under careful consideration of possible systematic biases. We have reviewed the laser emission wavelength and determined the absorption cross section at the vacuum wavelength of 325.033 nm, using a direct absorption scheme (Fig. 1) coupled to a high purity ozone generation system1. The value of σ = 16.49 · 10−21 cm2 is derived from the tight linear correlation of the ozone optical density with the column density (Beer-Lambert law, see
Fig. 2). The corresponding expanded (coverage factor k = 2) uncertainty is u(σ) = 73 · 10−24 cm2, thus slightly below the half per cent level. The relative temperature coefficient cT = σ−1 ∂Tσ in the vicinity of that temperature is cT = 0.0031 K-1.
The highly accurate value might serve as a reference for the validation and calibration of absolute and relative ozone absorption spectra that are required for the long-term remote sensing of atmospheric ozone in the Huggins bands. While more such reference values at other wavelengths and at stratospheric temperatures will be required to fully assess the accuracy and validity of reference spectra currently used in atmospheric remote sensing of ozone in the Huggins bands, the measurement indicates that the recently obtained data set of Gorshelev et al.2 is most compatible with the result and agrees within specified uncertainty limits. Acknowledgements: Measurements were performed in the frame of the EMRP JRP ENV59 (Traceability for Atmospheric total column ozone) 1. Janssen C, Simone D, Guinet M. Preparation and accurate measurement of pure ozone. Rev. Sci. Instr. 82, 034102 (2011). 2. Gorshelev V, Serdyuchenko A, Weber M, Chehade W, Burrows JP. High spectral resolution ozone absorption cross-sections - Part 1: Measurements, data analysis and comparison with previous measurements around 293 K. Atmos. Meas. Tech. 7, p. 609-624 (2014).
Figure 2 :Optical density as function of the ozone column density.
Beam splitter
Photodetectors
Absorption cell
HeCd laser
Chopper wheel
MirrorPinhole
Beam expander
Figure 1 : Setup of UV optical system, consisting out of a HeCd laser, a chopper wheel, a beam splitter, the absorption cell (which is traversed twice by the laser beam) and two photodetectors.
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO/DCPhys
Development of an interband cascade laser (ICL) based isotope analyser for precision measurements of rare and clumped isotopes of CO2
I. Prokhorov1, T. Kluge1, C. Janssen2 1 Institute of Environmental Physics and Heidelberg Graduate School of Fundamental Physics, Heidelberg University, Heidelberg, Germany 2 LERMA-IPSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Observatoire de Paris, PSL Research University, F-75005 Paris, France
Recent advances in mid-IR laser technologies provide access to the measurement of sub-permill
variations of rare, doubly-substituted CO2 isotopologues. We present the development of a multi-isotope analyser for precise measurements of clumped isotopes of carbon dioxide. The instrument deploys two continuous intraband cascade lasers tuned at 4.4 and 4.3 µm to cover P-branch transitions in the v3 band of carbon dioxide. The instrument is equipped with a multi-pass Herriott-type absorption cell, in which a pre-concentrated pure dry CO2 sample is investigated by means of direct laser absorption spectroscopy. In order to compensate for the large difference in abundances between singly and doubly substituted isotopologues, the cell provides two different optical path lengths of 906 cm and 9.2 cm.
The spectroscopic analyser simultaneously measures the absorption lines of the six most abundant carbon dioxide isotopologues (16O12C16O, 16O13C16O, 16O12C18O, 16O12C17O, 16O13C16O, and 16O13C17O) with relative abundances between 98.4% and 8.5 ppm. Sub-permill precision is achieved within integration times of less than a minute. The full operation cycle includes a sequence of sample measurements followed by measurement of a reference gas. The pilot version of the instrument already demonstrates a precision that competes with state of the art mass-spectrometry. Further advantages of the current laser setup are the virtually non-destructive measurements at short integration times, combined with moderate requirements for the purity of the sample due to the high selectivity of the method. Atmospheric in-situ measurements are envisageable due to the small form factor of the instrument.
Figure 1 : Example absorption spectrum of pure natural CO2 at 4 mbar and a path length of 5 m measured with the laser at 4.4 µm in the clumped isotope spectral window. Red points are measurements, dashed line is a fit, solid black line is the fit residual.
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : Division physique Atomique, Moleculaire et Optique
Dissociative Photoionization of CO at high order harmonic energies
J Joseph1, F Holzmeier1, 2, J C Houver, M Lebech3, C Nicolas2, A Milosavljevic2,
J Bozek2 and D Dowek1
1 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO), CNRS, Université. Paris-Sud, Université -Saclay, 91405 Orsay (France)
2 Synchrotron SOLEIL, L’Orme des Merisiers, Saint Aubin, 91190 Gif-sur-Yvette (France)
3 Niels Bohr Institute, DK-2100 Copenhagen, (Denmark)
Ultrafast nuclear and electronic dynamics in photoionization of gas phase molecules can be
captured in molecular frame photoelectron angular distributions (MFPADs), which are predicted to
yield an unprecedented insight into e.g., photoionization delays in molecules.1 Using techniques
such as the XUV+IR pump probe RABITT scheme2 for the study of photoionization dynamics of
molecules, where the attosecond pulse train (APT) generated is composed of a series of high
order harmonics, the knowledge of the photoionization processes corresponding to each of the
harmonic photon energies will be highly beneficial.
With this motivation, the current study probing dissociative photoionization processes of the
CO3,4 molecule in the energy range of interest (H15-H27 harmonics of an 800nm IR laser) is
performed using a high resolution COLTRIMS based electron ion coincidence 3D momentum
spectrometer and the SOLEIL synchrotron radiation facility at the PLEIADES beamline. DPI
processes are identified in the electron-ion kinetic energy correlation diagram (figure 1) and their
MFPADs are determined, in preparation of
forthcoming experiments at the ATTOLAB
Equipex (L’orme des merisiers, CEA).
Another meaningful insight into the
electronic-nuclear coupled dynamics at play in
molecules results from the record of
vibrationally resolved MFPADs5, governed by
the interference of several partial waves
building up the electronic wave function at
different internuclear distances: recent results
will be presented for CO inner valence
ionization into the overlapping D2π and 32Σ+
ionic states.
Fig1(C
+, e) Ion electron KECD for the DPI of CO at hν=29.45eV
1. Hockett,P et al J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 49, 95602 (2016). 2. Paul P M et al Science 292, 1689–1692 (2001). 3. Lebech, M. et al.. J. Chem. Phys. 136, 94303 (2012). 4. Lebech, M.et al J. Chem. Phys. 130, 194307 (2009). 5. Plésiat, et al J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 45, 194008 (2012).
1
Cohérence et contrôle quantiques : des fondamentaux aux applications (Matière froide)
Magnetic self-organization in cold atoms
G.Labeyrie1, I. Kresic
2, G.R.M. Robb
2, G.-L. Oppo
2, P.M. Gomez
2, P. Griffin
2, R. Kaiser
1, and T. Ackemann
2
1 Université Côte d'Azur, CNRS, Institut de Physique de Nice, 06560 Sophia Antipolis, France 2 SUPA and Department of Physics, University of Strathclyde,Glasgow G4 0NG, Scotland, UK
The first studies of spontaneous pattern formation in optics dates back to the nineties1. Several
years ago, we started to investigate the physics of pattern formation using a large cloud of cold
Rubidium atoms as a nonlinear medium. The patterns form in the transverse section of a detuned
laser beam passing through the cloud and retro-reflected by a mirror. The specificity of cold atomic
gases is the coexistence of several mechanisms leading to an optical nonlinearity, and eventually to
pattern formation. These mechanisms can be selected independently in the same setup by
appropriately choosing the experimental parameters. The optomechanical nonlinearity is based on the
dipole force and spatial atomic bunching2. The electronic nonlinearity relies on the saturation of the
atomic transition3. The spin (or Zeeman) nonlinearity is due to intensity-dependent
populations/coherences in the ground atomic sub-states.
Figure 1 : Light patterns associated with various magnetic spatial instabilites.
We report here our observations on spin-based instabilities. These instabilities lead to the
simultaneous self-organization of both the light field and the atomic magnetization in the transverse
plane. Using a magnetic field, we are able to induce a transition between various spontaneous
magnetic lattices, corresponding e.g. to anti-ferromagnetic and ferrimagnetic phases. We also show
that the formation of defects when crossing the bifurcation threshold obeys the Kibble-Zurek scaling4.
1. R. Macdonald and H.J. Eichler, Spontaneous optical pattern formation in a nematic liquid crystal with feedback mirror, Opt. Commun. 89, 289 (1992). 2. G. Labeyrie, E. Tesio, P.M. Gomes, G.-L. Oppo, W.J. Firth, G.R.M. Robb, A.S. Arnold, R. Kaiser and T. Ackemann, Optomechanical self-structuring in a cold atomic gas, Nature Photonics 8, 321 (2014). 3. A. Camara, R. Kaiser, G. Labeyrie, W.J. Firth, G.-L. Oppo, G.R.M. Robb, A.S. Arnold, and T. Ackemann, Optical pattern formation with a two-level nonlinearity, Phys. Rev. A 92, 013820 (2015). 4. G. Labeyrie and R. Kaiser, Phys. Rev. Lett. 117, 275701 (2016).
1
Congrès général SFP 2017 Division PAMO
Collisions électron/molécule : calculs quantiques “état-par-état” pour la modélisation des plasmas moléculaire hors-équilibre
V. Laporta1, J. Zs. Mezei 1,2,3, Y. Moulane1, A. Abdoulanziz1, E. Djuissi1, A. Ajoumal1,
K. Chakrabarti4, I.F. Schneider1,3
1LOMC, CNRS - Université du Havre - Normandie Université, Le Havre, France 2LSPM, CNRS - Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, Villetaneuse France
3Laboratoire Aimé-Cotton, CNRS - Univ. Paris-Sud - ENS Cachan – Univ. Paris-Saclay, Orsay, France
4Department of Applied Mathematics, Scottish Church College, University of Calcutta, India
Les mécanismes réactionnels
dans les collision électron/molécule
intervenant dans la modélisation de
la cinétique des plasmas
moléculaires hors-équilibrés, dits
‘plasmas froids’, seront présentées.
Les applications sont très vastes,
allant des domaines technologiques
- les plasmas des machines à fusion
magnétique contrôlée, les plasmas
d’entrée atmosphérique des
navettes spatiales et la combustion
assistée par plasmas – jusqu’aux
domaines fondamentaux, comme
l’astrophysique et la description de
l’Univers primordial.
Du point de vue thermodynamique, les plasmas froids sont caractérisés par non-équilibre
entre les différents degrés de liberté du système (y compris ceux internes des molécules -
vibration, rotation mouvement électronique) - et par des collisions réactives. C’est la raison pour
laquelle un model cinétique fiable dois être élaboré dans le cadre de l'approche dite "état-par-
état" où, pour chaque espèce chimique, les degrés internes de liberté sont considérés comme
des espèces indépendantes.
Il est donc prioritaire de construire des bases des données de sections efficaces et de vitesses
de réaction pour ces collisions réactives entre électrons et molécules - neutres et ionisées -
résolues sur les niveaux ro-vibrationnelles., En particulier, nous présenteront des résultats que
nous avons obtenus pour les systèmes moléculaires H2, H2+, He2
+ [1], O2 [2], N2, CO, N2+ [3], CO+,
BeH+ [4] et ArH+.
1. R. Celiberto, K.L. Baluja, R.K. Janev and V. Laporta, “Electron-impact dissociation cross sections of vibrationally excited He+2 molecular ion”, Plasma Phys. Control. Fusion 58, 014024 (2016)
2. V. Laporta, R. Celiberto and J. Tennyson, “Dissociative electron attachment and electron-impact resonant dissociation of vibrationally excited O2 molecules”, Phys. Rev. A91, 012701 (2015)
3. D. A. Little, K. Chakrabarti, J.Zs. Mezei, I.F. Schneider, and J. Tennyson, “Dissociative recombination of N2+: An ab initio study”, Phys. Rev A 90, 052705 (2014)
4. V. Laporta, K. Chakrabarti, R. Celiberto, R.K. Janev, J.Zs. Mezei, S. Niyonzima, J. Tennyson and I.F. Schneider, “Theoretical resonant electron-impact vibrational excitation, dissociative recombination and dissociative excitation cross sections of ro-vibrationally excited BeH
+
ion”, Plasma Phys. Control. Fusion 59, 045008 (2017)
Figura 1. Recombinaison Dissociative (DR), Excitation Vibrationnelle (VE), Excitation Dissociative (DE) et Collisions Elastiques (EC) de H2
+ avec des
électrons.
Division PAMO Congrès général SFP 2017
Atomes et dimères de terres rares ultra-froids présentant un moment dipolaire électrique et magnétique
Hui Li1, Jean-François Wyart1,2, Goulven Quéméner1, Olivier Dulieu1, Maxence Lepers1 1 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Paris-Saclay, Université Paris-Saclay, Bât. 505, Campus d’Orsay, 91400 Orsay France 2 LERMA, Observatoire de Paris-Meudon, PSL Research University, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 6, CNRS UMR 8112, 92195 Meudon, France
Les atomes de terres rares tels que l’erbium (Er),
l’holmium (Ho) ou le dysprosium (Dy), possèdent des
propriétés d’un très grand intérêt pour l’étude des gaz
ultra-froids [1,2]. Par exemple, leur fort moment
magnétique permet d’explorer le caractère fortement
corrélé des gaz dipolaires. La présence de paires de
niveaux excités quasi-dégénérés et pouvant être
couplés par champ électrique ouvre aussi la possibilité
d’induire un moment dipolaire électrique.
Figure 1 : Courbes de potentiel à longue portée, caractérisant l’interaction entre un atome d’holmium dans le niveau fondamental et un autre atome d’holmium dans une superposition des niveaux excités à 24357.90 et 24360.81 cm-1 couplés par un champ électrique de 6 kV/cm.
Dans ce travail théorique, nous examinons cette
possibilité en calculant, en fonction du champ électrique appliqué, le moment dipolaire induit et la
durée de vie radiative pour un atome dans une superposition quantique de niveaux quasi-
dégénérés (pour Dy et pour Ho). Nous montrons également la possibilité de créer des molécules
de Ho2 très faiblement liées et proches des niveaux atomiques quasi-dégénérés ci-dessus (voir
Figure 1). Ces molécules présentent des puits à grandes distances peu profonds, mais
susceptibles de contenir au moins un niveau lié. Elles possèdent aussi un moment magnétique
qui est approximativement le double de celui des atomes. La production de ces systèmes
« doublement polaires » s’avère prometteuse dans le contexte de la simulation quantique.
1. M. Lu, N. Q. Burdick, S. H. Youn, B. L. Lev, Phys. Rev. Lett. 107, 190401 (2010) 2. A. Frisch, M. Mark, K. Aikawa, S. Baier, R. Grimm, A. Petrov, S. Kotochigova, G. Quéméner, M. Lepers, O. Dulieu, F. Ferlaino, Phys. Rev. Lett. 115, 203201 (2015)
1
Pour les colloques : Titre du colloque Congrès général SFP 2017 Pour les posters : Autre
Sub-kHz relative linewidth watt output power 1.65 µm continuous-wave singly resonant optical parametric oscillator for application to quantum
interfaces
Aliou Ly, Christophe Siour,Fabien Bretenaker Laboratoire Aimé Cotton, CNRS- Université Paris-Saclay, ENS Paris-Saclay, Bât.505, Campus d’Orsay, 91405 Orsay France
Efficient long distance quantum cryptography systems use photons at 1.5 µm to carry information
in optical fibres. Because of the attenuation of light the implementation of quantum light-matter
interfaces is necessary.
We build a 1-Watt cw singly resonant optical parametric oscillator operating at an idler wavelength
of 1.65 µm to pump a quantum interface that will transfer the quantum state of these photons to
photons at 795 nm, compatible with alkali-atoms based quantum memories [1, 2].
To efficiently transfer quantum information from the telecom wavelength to 795 nm by nonlinear
conversion, the pump source at 1.65 µm should be spectrally narrow and have a 1-Watt power [3].
To thisaim, the non-resonant idler is frequency stabilized by side-fringe locking on a relatively
high-finesse Fabry-Perot cavity [4], and the influence of intensity noise is carefully analyzed. A
relative linewidth down to the sub-kHz level (about 30 Hz over 2 s) is achieved. Fig.1c) shows that
a Watt level output power can be reached. When the intensity noise is not taken into account, the
idler has clearly a Lorentzian line shape of 13 Hz of linewidth over 2s in the locked mode.
Figure 1: Spectra of the non-resonant idler field deduced from frequency noise measurements when the OPO is free running (blue, (a)) and locked (red, (b)). (c) Measured evolution of the idler output power versus pump power. [1] N. Maring, K. Kutluer, J. Cohen, M. Cristiani, M. Mazzera, P. M. Ledingham and H. de Riedmatten, New Journal of Physics 16 , 113021 (2014). [2] S. Tanzilli, W. Tittel, M. Halder, O. Alibart, P. Baldi, N. Gisin, and H .Zbinden, Nature 437, 116 (2005).
3 J.S. Pelc, L. Ma, C.R. Phillips, Q. Zhang, C. Langrock, O. Slattery, X. Tang, and M.M.Fejer Opt. Express 22, 21445 (2011).
[4] A. Ly, B. Szymanski, and F. Bretenaker, Appl. Phys. B 120, 201-205 (2015).
1
Pour les colloques : Titre du colloque Congrès général SFP 2017 Pour les posters : PAMO
Atomes de Rubidium en champs magnétiques intenses
R. Mathevet1, S. Scotto1,2, S.George1, N. Bruyant1, J. Béard1, R. Battesti1, E. Arimondo1,2, D.Ciampini2 et C. Rizzo1
1 Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, CNRS, UPR 3228, Toulouse, France 2 Dipartimento di Fisica ’E. Fermi’, Università di Pisa, Largo Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italia
Nous développons des techniques de spectroscopie haute résolution d’atomes de Rubidium
en phase gaz pour la mesure de champs magnétiques intenses tels ceux produits au LNCMI : 30-
40T en continu sur le site de Grenoble et jusqu’à 100T en pulsé (quelques dizaines de ms) sur le
site de Toulouse. L’utilisation d’une référence atomique devrait faire progresser la métrologie des
champs intenses en précision, exactitude, reproductibilité et bande passante.
Figure 1 : a) spectroscopie d’absorption saturée à B=0.12616(12)T. b) schéma de la cellule de
fluorescence. c) bleu : 4 résonances de fluorescence permettent d’étalonner la bobine pick-up (noir) :
Brés.=58.20(01)T.
Une première série d’expériences [1] nous a permis de faire en détail la spectroscopie
d’absorption saturée du Rubidium dans un champ statique de l’ordre de 0.13T et de démontrer
une précision/exactitude de la détermination du champ de l’ordre de 10-4.
Dans un second temps [2], la miniaturisation d’une tête de spectroscopie Doppler de
fluorescence nous a permis la mesure de l’amplitude d’un champ pulsé de l’ordre de 50T/100ms.
Le facteur limitant la connaissance du champ est actuellement l’incertitude sur le facteur de
Landé de l’état excité.
Nous poursuivons les développements de ces techniques par l’utilisation de 2 lasers pour
sonder simultanément les transitions à partir de deux niveaux du fondamental et éliminer ce
problème. Une amélioration attendue de l’exactitude à 10-5 ou 6 rendra nécessaire la prise en
compte des corrections diamagnétique, relativistes/QED... en particulier si nous changeons le
Rubidium pour le Césium. Une collaboration théorique sera nécessaire. Une comparaison avec
la RMN en champ fort de Grenoble est prévue.
Du côté des champs pulsés, la marge de progression instrumentale est importante, en
particulier par la mise en place de techniques de comptage de photons.
1. S. Scotto et al., Four-level N-scheme crossover resonances in Rb saturation spectroscopy in magnetic fields, Phys. Rev. A,
92, 063810 (2015) 2. S. George et al., Pulsed high magnetic field measurement via a Rubidium vapor sensor, soumis à Rev. Sci. Instrum.
1
Congrès général SFP 2017 Division PAMO
Spectres d’émission de lanthanides ionisés dans l’ultraviolet du vide. Exemple : Eu IV
A. Meftah1,2
, S. Ait Mammar1, Jean-François Wyart2,3
, N. Spector4, N. Champion,2 C.
Blaess2, W.-Ü L. Tchang-Brillet2
1 Laboratoire de Chimie Quantique(LPCQ), Université Mouloud Mammeri de Tizi-ouzou, Physique et BP 17 RP, 15000 Tizi-Ouzou, Algérie 2 LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, F-92190, Meudon, France 3 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.505, Campus d’Orsay, 91400 Orsay France 4 Soreq Nuclear Research Center, Yavne, Israel
Les lanthanides sont des éléments présents en astrophysique, par exemple dans des étoiles
chimiquement particulières ou dans la matière éjectée par la coalescence modélisée de deux
étoiles à neutrons. Les ions trivalents présentent un grand intérêt dans de nombreuses
applications dans les laboratoires : films, matériaux laser etc. La complexité de leurs spectres
implique une étude systématique par séquence isoélectronique ou isoionique à haute résolution.
Nous avons déjà étudié les spectres Nd IV, Nd V, Yb IV, Yb V, Tm IV et Er IV en laboratoire. Les
prédictions théoriques sont obtenues par des calculs du type Racah-Slater. L'étude paramétrique
des configurations impliquées est réalisée tenant compte des interactions de configurations. Les
valeurs des intégrales radiales sont ainsi ajustées par minimisation des écarts Ecalc - Eexp, ce qui
aboutit à des fonctions d'onde en couplage intermédiaire et des probabilités de transition
meilleures que celles qui sont données par des calculs ab initio. Le facteur d’échelle SF=Valeur
ajustée/Valeur Hatree-Fock des paramètres varie assez régulièrement d’un élément à l’autre et
permet d’améliorer les prédictions théoriques et de contribuer à la compilation critique des
données spectroscopiques sur les lanthanides. Les longueurs d'onde et les niveaux d'énergie
publiés sont disponibles sur le portail MOLAT1.
L’étude du spectre de l'ion Eu3+ (Eu IV) est en progrès dans nos laboratoires. Des spectres
d'émission VUV d'europium ont été produits utilisant une source à étincelles glissantes et
enregistrés dans le domaine (1100-2750Å) à l'aide du spectrographe haute résolution de 10 m de
l'Observatoire de Meudon. Ces spectres contiennent les faisceaux de transition (5s25p6) 4f6 -
4f55d, (5s25p6) 4f55d - 4f56p, (5s25p6) 4f56s - 4f56p de l'ion Eu3+ (Eu IV). A partir des longueurs
d'onde mesurées avec une incertitude de ± 0,003Å, et en s'appuyant sur les prédictions
théoriques améliorées, l'analyse permet l'assignation de raies spectrales et la détermination de
niveaux d'énergie auparavant inconnus appartenant à ces configurations. Les premiers résultats
confirment en partie ceux obtenus par l'un d'entre nous (NS) sur des spectres pris au NBS pour
l’étude de Eu III.
Remerciements. Ce travail a reçu le soutien du Programme National de Physique Stellaire
du CNRS et du LabEx Plas@Par (ANR-11-IDEX-0004-02).
1 https://molat.obspm.fr/
Physique Atomique, Moléculaire et Optique (PAMO) Congrès général SFP 2017
Plasmonique de Nano-objets Au par Microscopie de Ph otoémission d’Electrons - Action de la Polarisation
Sarra Mitiche1, Sylvie Marguet2, Fabrice Charra1, Ludovic Douillard1
1 Service de Physique de l’Etat Condensé SPEC, CEA, CNRS, Université Paris Saclay, F-91191 Gif sur Yvette France 2 Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie NIMBE, CEA, CNRS, Université Paris Saclay, F-91191 Gif sur Yvette, France
À l’échelle nanométrique, les particules métalliques présentent de nouvelles propriétés optiques liées au phénomène de résonance plasmon. Une résonance plasmon est une oscillation collective et cohérente des électrons de conduction à la surface d’une nanoparticule métallique sous l’influence d’un champ électromagnétique extérieur. La longueur d’onde de cette résonance dépend des caractéristiques de la nanoparticule et de son environnement extérieur.
Dans le cadre de ce travail, la réponse plasmonique de nano-objets Au est étudiée par microscopie de photoémission d’électrons PEEM. Un accent particulier est mis sur l’adressage sélectif de modes plasmons par action de la polarisation. Les résultats expérimentaux sont interprétés au moyen de la théorie des groupes et de simulations numériques réalisées par la méthode des éléments frontières.
Les figures (1.a) et (1.b) représentent
respectivement un exemple de résultats obtenus expérimentalement et par simulations dans le cas de nanocubes Au sur substrat (symétrie C4v). Ces illustrations montrent un parfait accord entre l’expérience et la théorie. Compte tenu de la symétrie des objets, ces distributions du champ proche s’interprètent
comme la combinaison de deux modes plasmons, l’un excité par la composante du champ électrique normale à la face supérieure du cube et l’autre par la composante parallèle à cette même face (cf. figure (1.c)) conformément à la géométrie expérimentale du champ excitateur. Toute variation de la polarisation s’accompagne d’un changement dans la distribution du champ proche optique sur l’objet. Au final, l’emploi d’une polarisation donnée autorise l’adressage sélectif d’un mode propre de l’objet1.
En conclusion, la réponse plasmonique d’une nanoparticule dépend fortement de la polarisation de la lumière incidente. La distribution spatiale du champ proche obtenu suite à l’excitation plasmon d’un nano-objet peut être rattachée à sa symétrie. Cette interprétation issue de la théorie des groupes est généralisable à d’autres géométries (prismes, pyramides...)
1. S. Mitiche, S. Marguet, F. Charra and L. Douillard, Near-Field Localization of Single Au Cubes: A Group Theory Description, J. Phys. Chem. C 121, 4517-4523 (2017)
Figure. 1 : Cartographie du champ proche optique (a) PEEM (b) simulation BEM (c) Interprétation des résultats (a) et (b) par la théorie des groupes sur un objet de symétrie C4v.
Division Physique Atomique, Moléculaire et Optique Congrès général SFP 2017
X-ray spectroscopy as a tool to enlighten the growth of Van der Waals nanoparticles in a supersonic jet.
C. Prigent1, S. Cervera1, A. Kaoua1, E. Lamour1, A. Levy1, S. Macé1, J.-P. Rozet1, S. Steydli1,
M. Trassinelli1, and D. Vernhet1 1 Institut des Nanosciences de Paris, Sorbonne Universités UPMC Paris 6, 75252 Paris Cedex 05, France
Since many decades, studies of collisionnal processes of electrons, photons and heavy particles
with matter (from gaseous to solid) are an important tool in physics to understand the internal
structure of matter at atomic level (or at nanoscale) as well as at very short time scale (down to fs).
For example, pump-probe experiments with IR and XFEL photons allowed probing the
morphological structure of an isolated Van der Waals cluster by time resolved imaging1.
Taking advantage of x-ray spectroscopy, which acts also as a very short time probe, we have
investigated the µs temporal structure of the cluster condensation in high density rare gas
expansion (supersonic beams). Briefly summarized, we have previously demonstrated that the x-
ray emission allows to determine: i) the absolute total atomic density when the cluster jet is
submitted to keV electron impact; ii) the relative cluster density profile when interacting with an
intense IR femtosecond laser pulse; iii) finally the free atom density when irradiated by slow highly
charged ions. These first experiments led to the determination of a high degree of condensation
(close to 100 %) of the clusters in the supersonic beam when using a skimmer2. These results have
also paved the way towards new questions: what is the temporal evolution of the thermodynamic
growing of clusters? What is the saturation time, needed for having stationary flow conditions in the
beam?, etc.
To obtain deeper information on the growth of Van der Waals nanoparticles in a supersonic jet,
we have performed experiments with our set-up at the SIMPA facility (French acronym for “Highly
Charged Ion facility in Paris”) using Ne9+ of 90 keV on an argon supersonic beam. In particular, the
evolution of atomic, free atoms and cluster densities with the backing pressure as well as the spatial
profile of these quantities will be present at the conference.
Figure 1 : Temporal clusters’ x-ray emission in case of b) 10 keV electrons and c) 90 keV Ne9+
ions.
1. T. Möller et al., PRL 108 (2012) 245005 2. M. Trassinelli et al., J.Phys. Conf. Ser 388 (2012) 082009
1
Division Physique Atomique, Moléculaire Physique Congrès général SFP 2017
Rotational Doppler effect in third-harmonic generation
E. Prost1, H. Zhang1, E. Hertz1, F. Billard1, B. Lavorel1, Alexander A. Milner2, Valery A. Milner2,
Joseph Zyss3, Ilya Sh. Averbukh4, and O. Faucher1 1 Laboratoire Interdisciplinaire CARNOT de Bourgogne, UMR 6303 CNRS-Université Bourgogne Franche-Comté, 9 Avenue A. Savary, BP 47870, F-21078 Dijon Cedex, France 2 Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, 6224 Agricultural Road, Vancouver, British Columbia, Canada V6T 1Z1 3 Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire, Ecole Normale Supérieure de Cachan, F-94235 Cachan, France 4 Department of Chemical Physics, Weizmann Institute of Science, Rehovot 76100, Israel
We present a study of the rotational Doppler effect1 in nonlinear optics. Using arguments
based on energy and angular momentum conservation, one can show that if a rotating object is
irradiated by a circularly polarized light of
frequency , the th circular harmonic
emitted in the direction of the fundamental
beam should be frequency shifted from
by , where the sign depends on
the helicity of the circular polarization of the
th harmonic compared with the
fundamental one and the sense of rotation
of the object. Lately, significant progress
has been made in developing optical
methods for producing molecules with
concerted coherent unidirectional rotation.
In particular, large rotational Doppler shift
have been observed for a light interacting
with fast spinning molecules2.
Figure 1: Scheme of principle of the experiment and polarization resolved spectra of the third harmonic
recorded in O2 for molecules rotating clockwise (blue) and counterclockwise (red). Third harmonic circularly
polarized (CP) with the same (solid area) or opposite (dots) handedness has the fundamental radiation.
In the present study3, we report terahertz rotational Doppler shifts of third harmonic generated
from a gas of spinning molecules, which are many order of magnitude larger than that previously
observed in mechanically rotated crystals4. Moreover, because of the symmetry of our system, we
are able to observe the whole set of rotationally shifted harmonics, as predicted by the theory. A
further study as well as a numerical investigation are also presented in order to provide a closer
look to the physical process at play and support the experiment.
1. B. A. Garetz and S. Arnold, Variable frequency shifting of circularly polarized laser radiation via a rotating half-wave retardation plate,
Opt. Commun. 31,1 (1979) 2. O. Korech, U. Steinitz, R. J. Gordon, I. Sh. Averbukh, and y. Prior, Observing molecular spinning via the rotational Doppler
effect, Nat. Photonics 7, 711 (2013) ; Aleksey Korobenko, Alexander A. Milner, and Valery Milner, Direct Observation, Study and Control of Molecular Superrotors, Phys. Rev. Lett. 112, 113004 (2014) ; G. Karras, M. Ndong, E. Hertz, D. Sugny, F.Billard, B. Lavorel, and O. Faucher, Polarization Shaping for Unidirectional Rotational Motion of Molecules, Phys. Rev. Lett. 114, 103001, (2015)
3. O. Faucher, E. Prost, E. Hertz, F. Billard, B. Lavorel, Alexander A. Milner, Valery A. Milner, Joseph Zyss, and Ilya Sh. Averbukh, Rotational Doppler effect in harmonic generation from spinning molecules, Phys. Rev. A 94, 051402(R), (2016)
4. G. Li, T. Zentgrad, and S. Zhang, Rotational Doppler effect in nonlinear optics, Nat. Phys. 12, 736 (2016)
1
Division Physique Atomique, Moléculaire et Optique (PAMO) Congrès général SFP 2017
Shielding losses in ultracold dipolar collisions: An adimensional perspective
Maykel L. González Martínez1, Goulven Quéméner1
1 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Université Paris-Sud, ENS Paris-Saclay, Université Paris-Saclay,
Campus d’Orsay, Bâtiment 505, 91405 Orsay, France
Ultracold species make it possible to build state-selected quantum systems with
controllable interactions, which open the door to exploring fascinating phenomena. Such
systems can be used as quantum simulators, to study condensed-matter physics and
quantum-controlled chemistry, to develop quantum information devices and for ultra-
precise spectroscopy. Reactive and inelastic collisions reduce the lifetimes of trapped
ultracold species and thus severely constrain experimental capabilities. Much effort is
currently devoted to finding ways to limit such quenching collisions.
A promising theoretical scheme has been proposed during the last decade, to use
applied electric fields to engineer effective long-range repulsion between dipolar
molecules placed in their first rotationally excited states1,2,3. Here, we will discuss our
recent efforts to understand the fundamental properties and capabilities of such a
shielding scheme within a coupled-channel adimensional framework. We will show that, if
electric fields are tuned around a system-dependent “critical” value, ultracold dipolar
collisions depend solely on two parameters: w, the relative strength between the applied
field and a molecule's rotational constant, and B3, which defines such rotational constant
in terms of the energy scale set by the dipole-dipole interaction. A strong suppression is
seen in the ratio between the real and imaginary parts of the scattering length at a critical
w ≈ 3.25, for reactive collisions of two identical dipoles in the first rotationally excited
states. We present the general features of such systems' collisional behaviour and
explore the capabilities of the adimensional framework for studying the quenching of
ultracold dipole-dipole collisions in a wide range of systems of current experimental
interest.
1. A . V . Avdeenkov, M. Kajita, J. L. Bohn, Phys. Rev. A 73, 022707 (2006)
2. G. Wang, G. Quéméner, New J. Phys. 17, 035015 (2015)
3. G. Quéméner, J. L. Bohn, Phys. Rev. A 93, 012704 (2016)
1
Pour les colloques : Congrès général SFP 2017 Pour les posters : Physique Atomique, Moléculaire optique
Des adatomes d’Er sur la surface du silicium pour l’information quantique
Damien Riedel1, Thierry Chanelière2, Anne Louchet-Chauvet 2 1 Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO), CNRS, Univ. Paris Sud, Université Paris-
Saclay, F-91405 Orsay, France 2Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.505,
Campus d’Orsay, 91400 Orsay France
Le contrôle spatial d’atomes individuels ayant
des propriétés électroniques similaires à des
boîtes quantiques sur une surface est une option
séduisante susceptible de donner accès à
diverses applications dont certaines sont liées à
l’information quantique. Pour cela, nous
proposons d’étudier les propriétés d’adatomes
de terres rares comme l’erbium sur la surface
nue du Si(100)-2x1 afin de pouvoir agir sur leurs
positions tout en bénéficiant d’une structure
électronique exceptionnelle, similaire à celle décrite en matrice.
Le microscope à effet tunnel est tout particulièrement adapté à ce travail car il permet de
caractériser la structure électronique des adatomes concernés mais également de favoriser leur
déplacement contrôlé à la surface afin d’obtenir une matrice régulière d’adatomes. En travaillant à
très basse température (9 K), il est possible d’explorer diverses configurations électroniques (Er2+,
Er3+,…) et ainsi, ajuster sa structure interne par rapport aux énergies des bandes de conduction et
de valences de la surface. Dès lors, nous pouvons envisager l’excitation électronique ou optique
de l’adatome afin d’obtenir, soit une excitation optique lue par le courant tunnel, soit une
superposition d’état dans le gap. Ce poster exposera nos motivations, les méthodes employées et
les premiers résultats expérimentaux obtenus par microscopie à sonde locale.
Site piédestal
TR2+
Surface de Si(100)
Figure 1 : Exemple d’adatome sur le Si(100)
O1 Congrès général SFP 2017
Quantum Many-body Dynamics in the Discrete Truncated Wigner Approximation
J. Schachenmayer
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), 23 rue du Loess - BP 43 - 67034 Strasbourg Cedex 2 – France
Recent experiments in atomic, molecular, and optical physics offer controlled and clean
environments to experimentally study non-equilibrium dynamics of large many-body quantum
models. Therefore, efficient computation of such dynamics is of great importance.
While in one dimension, time-dependent density matrix renormalization group methods (t-
DMRG) have proven effective under certain conditions, computing dynamics in higher
dimensional systems remains an outstanding challenge. Recently we formulated the discrete
truncated Wigner approximation (DTWA)1,2, a semi-classical method based on the truncated
Wigner approximation (TWA) that has been proven to be surprisingly accurate in predicting
quench dynamics in high-dimensional lattices with up to tens of thousands of quantum spins.
Here, we introduce the DTWA and show how it can compute time-evolution of quantum states
in experiments that engineer spin-models, e.g. with polar molecules in optical lattices or with
trapped ions. We show, how the DTWA can provide results for the time-evolution of classical and
quantum correlations in quench experiments in regimes where other numerical methods are
generally unreliable. We report on progress of how to incorporate higher order corrections to the
method and how to generalize it to different models.
1.J. Schachenmayer, A. Pikovski, and A. M. Rey, Phys. Rev. X 5 011022 (2015) 2. J. Schachenmayer, A. Pikovski, and A. M. Rey, New J. Phys. 17, 065009 (2015)
1
O1 Congrès général SFP 2017
Des expériences modèles en piège à ion pour la compréhension du mécanisme d’association et de dissociation du dioxygène sur les
hémoprotéines
N. Shafizadeh1, S. Soorkia1, G. Grégoire1, M. Broquier1,2, B.Soep3
1- ISMO, Univ Paris-Sud, CNRS UMR 8214, 91400 Orsay Cedex, France Campus d’Orsay, 91400 Orsay France 2-CLUPS Université Paris-Sud/LUMAT FR2764, 91400 Orsay Cedex France 3-LIDyl CEA/DSM/IRAMIS/ CNRS URA 2453, CEA Saclay France Les pièges à ions refroidi sont des outils idéals pour étudier des réactions chimiques et de
déterminer leurs propriétés physicochimiques. Ce type de réacteur permet de sélectionner les
réactants et de contrôler la température de la réaction. De plus on travaille en milieu isolée en
absence de tout solvant et ainsi on accède aux propriétés intrinsèques de la réaction. Nous
avons utilisé le piège à ions refroidi du CLUPS (Centre Laser de l’Université Paris-Sud) pour
étudier le processus d’association et dissociation de l’oxygène sur le site actif de l’hémoglobine,
l’Hème. La nature de la liaison Fer-dioxygène dans l’hème est un sujet de débat depuis Pauling
(1936) et seulement récemment, la chimie quantique a pu répondre de façon plus nette à cette
question : quelle sont les structures électroniques en jeu ? Ainsi, la liaison Fe(II)-O2 trouve son
origine dans un transfert de charge entre l’atome de fer et l’oxygène qui réorganise la
configuration électronique de l’atome de fer et crée le couple en interaction Fe(III)+ - O2-. Une
donnée expérimentale essentielle manque pour valider cette approche, l’énergie de liaison fer-
Oxygène et cette valeur ne peut être mesurée simplement qu’en phase gazeuse, sur le site actif
isolé de son environnement.
Nous avons réussi à former [Hème FerIII-O2]+ et [Hème H FerII-O2]+ dans un piège à ions
refroidis et en variant la température de formations de ces complexes nous avons déterminé
l’énergie de la liaison Hème FerIII-O2 et Hème FerII–O2. C’est la première détermination précise
de l’énergie de cette liaison pour comparaison avec le calcul. De plus la caractérisation de la
liaison Hème FerIII-O2 est un premier pas vers la compréhension du mécanisme réactionnel de
formation du complexe [Hème FerII-O2], incomplètement déterminé.
Division PAMO Congrès général SFP 2017
Dynamique électronique et nucléaire aux échelles de temps ultrabrèves : atto, femto, picoseconde
Electrons, phonons and their coupling within density functional theory: interpretation of ARPES experiments
Jelena SJAKSTE, Giuliana BARBARINO, and Nathalie VAST
Laboratoire des Solides Irradiés, École Polytechnique - CEA/DRF/IRAMIS - CNRS UMR 7642,
Université Paris-Saclay, 91120 Palaiseau France
Electron-phonon interaction can play a major role in the relaxation of photo-electrons in a time-
angular-, and energy-resolvedARPES experiment. It gives rises to various phenomena like the
activation of a coherent phonon in bismuth [1-3], and rules the dynamics of Bloch wave packets of
hot electrons in gallium arsenide [4,5]. In this work we show that the calculation of the matrix
elements of the electron-phonon coupling within the density functional theory [6,7,8] has proven
crucial to interpret the experimental data in Bi and GaAs. In bismuth, the binding energy of bulk-
like bands observed in ARPES oscillates with the frequency of the A1g phonon mode, and the
strong k-dependence of the oscillation amplitude -where k is the electronic wave vector- is
explained by the dispersion in the Brillouin zone of the electron-phonon coupling matrix elements
[1-3]. In gallium arsenide, our calculations have enabled us to explain the two regimes observed
in ARPES: the ultrafast momentum delocalization is entirely ruled by the elastic scattering via
electron-phonon interaction, while the energy relaxation of the hot-electron ensembles thus
formed takes place on a slower timescale, governed by inelastic electron-phonon interactions
including intra- and inter-valley scatterings [4,5]. Finally, phonon-phonon interaction plays a major
role in phonon transport but also shows up in electronic transport through the electron-phonon
interaction, as will be illustrated for silicon and bismuth.
The work on bismuth has been performed in collaboration mainly with Iurii TImrov, Jérôme
Faure and Luca Perfetti, LSI and the work on GaAs mainly with Prof. Tanimura, Osaka University,
Japan. Calculations have been performed using the Quantum ESPRESSO package [9] and
computer time has been granted by GENCI (Project No. 2210) and by the Ecole Polytechnique
(LLR-LSI project). Support from the labex PALM (Femtonic project), from DGA (France) and from
the CEA-CNRS NEEDS-Matériaux program (France) is gratefully acknowledged. Computer time
was granted by École Polytechnique through the LLR-LSI project and by GENCI (Project No.
2210).
1. J. Faure, J. Mauchain, E. Papalazarou, M. Marsi, D. Boschetto, I. Timrov, N. Vast, Y. Ohtsubo, B. Arnaud, and L. Perfetti, Phys. Rev. B 88, 075120 (2013). 2. I. Timrov, T. Kampfrath, J. Faure, N. Vast, C.R. Ast, C. Frischkorn, M. Wolf, P. Gava, and L. Perfetti, Phys. Rev. B 85, 155139 (2012). 3. E. Papalazarou, F. Faure, J. Mauchain, M. Marsi, A. Taleb-Ibrahimi, I. Reshetnyak, A. van Roekeghem, I.Timrov, N. Vast, B. Arnaud, and L.
Perfetti, Phys. Rev. Lett. 108, 256808 (2012). 4. H. Tanimura, J. Kanasaki, K. Tanimura, J. Sjakste, N. Vast, M. Calandra and F. Mauri, Phys. Rev. B 93, 161203 (R) (2016). 5. Energy relaxation mechanism of hot-electron ensembles in GaAs: the role of zone-boundary phonons, J. Sjakste, N. Vast, M. Calandra, F.
Mauri, J. Kanasaki, H. Tanimura, K. Tanimura, submitted (2017). 6. First-principles calculations of electron-phonon scattering, Jelena Sjakste, Iurii Timrov, Paola Gava, Natalio Mingo, and Nathalie Vast, Annual Reviews of Heat Transfer 17, 333-383 (Begell House Inc, Danbury, CT, USA, 2014 ). 7. ISTE Book "Simulation of transport in nanodevices", Ed. Philippe DOLLFUS and François TRIOZON, chapter 1 of Vol. 1: Electrons, phonons,
and their coupling within the density functional theory, N. Vast, J. Sjakste, G. Kané and V. Trinité, accepted (2015). 8. J. Sjakste, N. Vast, M. Calandra and F. Mauri, Phys. Rev. B 92, 054387 (2015). 9. P. Giannozzi et al., J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009).
1
Congrès général SFP 2017
Temperature dependence of the collective excitation for a dipolar Bose gas in presence of the three body contact interactions
S. Kouidri
Department of Physics, University of Saida, 20000 Saida, Algeria
We present the frequencies of collective modes l = 0, l = 1 and l = 2 of dipolar gas at finite temperature deducted from a calculation of excitations energies by Hartree-Fock Bogoliubov-Popov approximation (HFB-P). We investigate how the three body contact interactions affect the different densities as well as condensate and non-condensate in this system of ultracold Bose gas trapped harmonically via the presence of the dipole- dipole interaction (DDI) which etablish a long range character. In this work, we start by solving numerically the Gross Piteavskii and a coupled Bogoliubov-de-Gennes equations at finite temperature in presence of the three body contact interactions which present a no-explored subject.
1
Congrès général SFP 2017 Pour les posters : Division PAMO
Compact atomic clock prototype based on Coherent Population Trapping
François Tricot, Emeric de Clercq, Stephane Guérandel
LNE-SYRTE, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMS Univ.
Paris 06, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
Among the next generations of compact atomic clocks [1], devices based on coherent population
trapping (CPT) offer a good alternative and a promising candidate for on-board space and
industrial applications [2]. At LNE-SYRTE, we developed a clock with a simple scheme and a high
performance frequency stability. The CPT signal (Fig.1) is obtained in a thermal vapour cell, using
a Double-Lambda scheme and a Ramsey interrogation technique [3]. We use two extended cavity
diode lasers (ECDL) with linearly and orthogonally polarized beams. The master laser is
frequency locked on the Cs D1 line (895 nm) and the slave laser is phase-locked on the master
with a frequency offset tuneable around the Cs hyperfine splitting 9.192 GHz which is the so-
called clock transition frequency.
The short-term performance obtained with this clock is mainly limited by two noises: the Local
Oscillator noise and the Relative Intensity Noise [4]. More details about atomic physics and the
metrological aspect of the clock will be presented at the conference.
[1] P. Waller et al., “The in-orbit performances of GIOVE clocks”, IEEE, UFFC, 57, 738 (2010)
[2] J. Vanier, “Atomic clocks based on coherent population trapping: a review”, Appl. Phys. B 81, 421-442 (2005)
[3] T. Zanon, et al, “High Contrast Ramsey Fringes with Coherent Population Trapping Pulses in a Double Lambda Atomic System “, Phys. Rev. Lett. 94, 193002 (2005)
[4] F. Tricot et al., “Progress on a pulsed CPT clock : Reduction of the main noise source contributions”, IEEE, EFTF (2016)
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Figure 1: Ramsey fringes
O1 Congrès général SFP 2017
Mesure précise du rapport de branchement du niveau 5p²P1/2 de l'ion 88Sr+dans un piège de Paul planaire micro-fabriqué.
V. Tugaye, L.Guidoni, JP.Likforman, S.Guibal
Laboratoire MPQ, Univ. Paris Diderot, Bât.Condorcet, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet75013 - Paris
Nous avons mesuré les probabilité de branchement del'état 5p²P1/2 de l'ion 88Sr+ en utilisant une méthoderécente1 basée sur un comptage séquentiel de photons. Laprobabilité de branchement pour la dé-excitation vers leniveau 5s²S1/2 mesuré est p = 0.9449(5) un ordre degrandeur plus précis que le précédent résultat expérimental.Ce résultat remet en accord l'expérience avec les prédictionsthéoriques récentes. Cette quantité est importante parexemple pour estimer l'erreur systématique induite par lerayonnement du corps noir dans les horloges optiquesbasées sur les transition quadripolaires du 5s²S1/2 au4d²D5/2.
Figure 1 : probabilité de branchement
du niveau 5p²P1/2
Le poster portera sur la méthode expérimentale et le calcul des effets systématiques via larésolution des équations de Bloch optiques et le contrôle des paramètres de l'expérience parl'acquisition et l'ajustement de spectres complets, libres d'effets mécaniques, via une techniqueséquentielle.
1. M . R a m m et al., Phys. Rev. Lett. 111,023004
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PAMO (Biophotonique : Techniques optique pour la biologie et la médecine (G. Tessier))
Congrès général SFP 2017
Filtrage spectral ultra fin dédié à l’imagerie acousto-optique pour l’imagerie médicale
Caroline Venet1,2, Jean-Baptiste Laudereau1, Thierry Chanelière2, François Ramaz1, Anne Louchet-Chauvet2
1 Institut Langevin, Ondes et Images, ESPCI ParisTech, PSL Research University, CNRS UMR 7587, INSERM U979, Université Paris VI Pierre et Marie Curie, 1 rue Jussieu, 75005 Paris, France 2 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.505, Campus d’Orsay, 91400 Orsay France
Les techniques actuelles pour imager les petites métastases du foie sont à améliorer pour être
plus facile d’utilisation qu’un IRM ou plus discriminantes qu’une échographie pour séparer tissu
sain ou malade. L’imagerie acousto-optique permettrait de répondre à ces critères en se couplant
à une échographie standard et apporter un contraste optique levant ainsi les indéterminations sur
l’état du tissu biologique.
L’imagerie acousto-optique est une technique multi-ondes qui va permettre de localiser de la
lumière dans un milieu très diffusant avec une onde acoustique. Les ultrasons localisent la lumière
en la modulant. La détection de la lumière
modulée est assez délicate car il y a très peu
de photons modulés et ils forment avec les
autres photons une figure de speckle. Nous
avons choisi d’explorer la détection par filtrage
spectral en utilisant le processus de
creusement de trou spectral dans des cristaux
dopés aux ions terres rares [2].
Le creusement de trou spectral ou « spectral hole burning » consiste à graver un trou de largeur
spectrale inférieure au MHz dans la large raie d’absorption du cristal dopé aux ions terre rare: le
cristal devient transparent à la longueur d’onde du trou spectral et permet de filtrer la lumière
modulée. Nous utilisons un cristal de YAG dopé aux ions thulium placé dans un champ magnétique,
ce qui nous permet de bénéficier de durées de vie des trous spectraux supérieures à la minute et
nous avons mené une étude spectroscopique pour créer le filtre optimum. Cette longue durée de
vie facilite l’optimisation de séquence d’imagerie rapide, dans le but de réaliser de l’imagerie
acousto-optique en temps réel. Cette technique de filtrage est intrinsèquement insensible à la
décorrélation du speckle et par conséquent bien adaptée à l’imagerie in vivo, nous envisageons
donc de réaliser des tests in vivo à relativement court terme.
1. RAMAZ, François, Multi-wave Acousto-optic imaging in Living Tissues, projet MALT - plan Cancer INSERM 2016. 2. LI, Youzhi, ZHANG, Huiliang, KIM, Chulhong, et al. Pulsed ultrasound-modulated optical tomography using spectral-hole
burning as a narrowband spectral filter. Applied physics letters, 2008, vol. 93, no 1, p. 011111.
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Figure 1 Schéma montage imagerie acousto-optique, illustration de [1]
Détecteu
r
Fibre optique
Image acoustique
Tm:YAG
Echographe
Image acousto-optique
Milieu diffusant
LASER Cryostat
T=3K
Division Physique Atomique, Moléculaire et Optique (PAMO) Congrès général SFP 2017
Mémoire optique par conversion en lumière stationnaire
Pierre Vernaz-Gris1,2, Jesse L. Everett2, Geoff T. Campbell2, Aaron Tranter2, Ben C. Buchler2,Ping Koy Lam2
1 Laboratoire Kastler Brossel, UPMC-Sorbonne Universités, CNRS, ENS-PSL Research University, Collège de France, 4 place Jussieu, 75005 Paris, France 2 Centre for Quantum Computation and Communication Technology, Department of Quantum Science, The Australian National University, Canberra, ACT 0200, Australia
À l’inverse du stockage de lumière par absorption atomique contrôlée et réversible, il estpossible de rendre la lumière immobile au sein d’un ensemble atomique en y organisantl’interaction lumière-matière. Ce phénomène dit de lumière stationnaire a été proposé en couplantun signal à une excitation atomique collective à l’aide de deux faisceaux de contrôle contra-propageant [1].
Dans ce régime, une part d’énergie demeuresous forme optique pendant le stockage. Celapermet de décupler le temps d’interaction entreun signal optique et un ensemble atomique ouentre deux signaux optiques, en particulierpour augmenter l’interaction non-linéaire entrephotons qui possède de nombreusesapplications en calcul quantique [2].
Figure (adaptée de [3]): a) Les signaux Ê+ et Ê- se propagent en sens inverse dans un ensembleatomique. À chacun est associé un faisceau de contrôle co-propageant, Ω+ ou Ω-, le couplant à uneexcitation atomique collective commune, Ŝ. La lumière qui est associée aux signaux est renduestationnaire par l’interférence destructive de l’écriture de cette excitation atomique. b) Distribution spatialede l’excitation atomique dans le régime de lumière stationnaire : la lumière émise à une extrémité del’ensemble atomique se propage vers l’autre extrémité où elle est absorbée puis réémise en sens inverseet de nouveau absorbée à son point de départ.
À la suite de notre étude sur la génération de lumière stationnaire auto-stabilisante [3],nous avons réalisé une mémoire optique basée sur ce phénomène. Nous avons atteint desefficacités de stockage dépassant 60 % et nous avons montré que cette efficacité diminuait moinsrapidement aux faibles épaisseurs optiques qu’une mémoire par transition Raman. Nous avonségalement étudié les performances de ce protocole pour la modulation de phase croisée entredeux signaux optiques, pour laquelle nous pouvons atteindre une modulation de plusieursmilliradians par photon.
1. A. André, M. Lukin, Manipulating light pulses via dynamically controlled photonic band gap. Phys. Rev. Lett., 89, 143602 (2002)
2. J.L. Everett, G.T. Campbell, Y.-W. Cho, P. Vernaz-Gris, D.B. Higginbottom, O. Pinel, N.P. Robins, P.K. Lam, B.C. BuchlerDynamical observations of self-stabilizing stationary light. Nat. Phys. 13, 68-73 (2017)
3. D.E. Chang, V. Vuletić, M.D. Lukin, Quantum nonlinear optics—photon by photon. Nat. Photon. 8, 685-694 (2014)
Congrès général SFP 2017
Cohérence et contrôle quantiques: des Fondamentaux aux Applications – Matière Froide
Stockage efficace de bits quantiques en polarisationdans un ensemble multiplexé d’atomes froids
Pierre Vernaz-Gris1,2, Kun Huang1, Alexandra S. Sheremet1, Mingtao Cao1, Julien Laurat1
1 Laboratoire Kastler Brossel, UPMC-Sorbonne Universités, CNRS, ENS-PSL Research University, Collège de France, 4 place Jussieu, 75005 Paris, France 2 Centre for Quantum Computation and Communication Technology, Department of Quantum Science, The Australian National University, Canberra, ACT 0200, Australia
Figure 1 : L’information quantique est encodée dans la polarisation du signal, séparée en deuxfaisceaux qui sont tous deux stockés, puis recombinés et analysés. L’ensemble d’atomes froids permet lestockage quantique de cette information au niveau du photon unique.
Les mémoires quantiques constituent un élément primordial pour la communicationquantique à longue distance [1] comme pour le calcul photonique quantique [2]. Une mémoire detype optique convertit un signal encodé dans la lumière en une excitation atomique, et elle opèredans le régime quantique si elle en préserve les propriétés quantiques mieux que n’importe queldispositif classique. Une mémoire pour des bits d’information quantique, des qubits, requiert lestockage de deux modes optiques ce qui n’a encore jamais été démontré de manière très efficaceet quantique simultanément.
Nous avons réalisé une mémoire pour des bits d’information quantique encodés dans lapolarisation de la lumière, avec une efficacité de stockage de 68±1 %. Notre méthode est baséesur l’extension du protocole de transparence induite électromagnétiquement avec un ensembled’atomes de césium froids sur deux faisceaux, chacun traversant une densité optique de 210.Nous vérifions que cette mémoire est quantique par la mesure de fidélités de stockage de97.7±0.6 % au niveau du photon unique, ce qui dépasse la limite classique. De plus, un modèlethéorique est développé pour analyser la contribution des états excités supplémentaires sur laperformance de la mémoire, au-delà de l’approximation de la structure atomique à trois niveaux.Nous prouvons que l’efficacité de stockage démontrée est proche du maximum possible sur laraie D2 du césium.
1. N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, N. Gisin, Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear opticsRev. Mod. Phys., 83, 33-80 (2011)
2. E. Knill, R. Laflamme, G.J. Milburn, A scheme for efficient quantum computation with linear optics, Nature, 409, 46-52 (2001)
PAMO Congrès général SFP 2017
Creation of a strongly dipolar gas of ultracold ground-state 23Na87Rb molecules
Romain Vexiau1, Mingyang Guo2, Bing Zhu2, Bo Lu2, Xin Ye2, Fudong Wang2, Dajun Wang2,3, Nadia Bouloufa-Maafa1, Goulven Quéméner1, Olivier Dulieu1
1 Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Univ. Paris-Sud, ENS Cachan, Université Paris-Saclay, Bât.505, Campus d’Orsay, 91405 Orsay Cedex France 2 Department of Physics, The chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China 3 The Chinese University of Hong-Kong Shenzhen Research Institue, Shenzhen, China
We report the successful production of an ultracold sample of absolute ground-state 23Na87Rb
dipolar molecules with a large induced electric dipole moment [1]. Starting from weakly-bound
Feshbach molecules formed via magneto-association, the lowest rovibrational and hyperfine level
of the electronic ground state is populated following a high efficiency stimulated Raman adiabatic
passage (STIRAP). We performed a theoretical analysis of possible transfer routes and expected
structure of the intermediate level using state-of-the-art molecular potentials, spin-orbit couplings
and transition dipole moments. The most efficient path was determined after performing one-
photon high-resolution spectroscopy of the mixed excited (A1Σ+ - b3Π) molecular states. Based on
an effective Hamiltonian model, a detailed interpretation of the hyperfine structure of the chosen
intermediate level is achieved. Despite their expected chemical stability, the absolute ground state
population decays quickly. One possible explanation of this unexpectedly short lifetimes is the
association of two NaRb molecules to form a tetramer. We will present our preliminary study of
this effect. Our results pave the way toward investigation of ultracold molecular collisions in a fully
controlled manner, and possibly to quantum gases of ultracold bosonic molecules with strong
dipolar interactions. 1. M. Guo, B. Zhu, B. Lu, X. Ye, F. Wang, R. Vexiau, N. Bouloufa-Maafa, G. Quéméner, O. Dulieu, D. Wang, Creation of an ultracold gas of ground-state dipolar
23Na
87Rb molecules , Phys. Rev. Lett . 116, p 205303 (2016)
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![ELECTRON CONFIGURATIONS · Longhand is 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 You can abbreviate the first 10 electrons with a noble gas, Neon. [Ne] replaces 1s 2 2s 2 2p 6 Then continue as you](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5e7709b442f452627a541b17/electron-configurations-longhand-is-1s-2-2s-2-2p-6-3s-2-3p-5-you-can-abbreviate.jpg)
![Q: 1.The lowest first ionisation energy would be associated with which of the following structures? a] 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 b] 1s 2 2s 2 2p 5 c] 1s 2 2s](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/551c0547550346a34f8b4e1b/q-1the-lowest-first-ionisation-energy-would-be-associated-with-which-of-the-following-structures-a-1s-2-2s-2-2p-6-3s-1-b-1s-2-2s-2-2p-5-c-1s-2-2s.jpg)
![Journal of Alloys and Compounds - CAS · sure structural transition [14], and the investigation of the mag- ... The Mn 3p, 3d and 4s, S 3s and 3p, Mg 2s, O 2s and 2p orbitals were](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5b8a4be07f8b9aa81a8e3950/journal-of-alloys-and-compounds-sure-structural-transition-14-and-the-investigation.jpg)
![Electron Configuration and Periodic Trends Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na: [Ne] 3s 1](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/56649dbf5503460f94ab3b25/electron-configuration-and-periodic-trends-na-1s-2-2s-2-2p-6-3s-1-na-ne.jpg)
