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Formation de molécules dipolaires ultra-froides de NaRb

par com.lac - publié le

Formation de molécules dipolaires ultra-froides de NaRb

L’observation en laboratoire d’un gaz ultra-froid de molécules fortement dipolaires de NaRb ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la dynamique de tels systèmes en vue de la réalisation de dispositifs de simulation quantique et d’information quantique.


Un gaz ultra-froid constitue un système aux propriétés extrêmes : sa densité est un million de fois plus faible que celle de l’atmosphère terrestre, sa température avoisine le zéro absolu à quelques dizaines de nanokelvins, et les particules qui le composent interagissent à des distances mille fois plus grande que leur taille. En présence d’un champ électrique, des molécules formées de deux atomes alcalins différents acquièrent un moment dipolaire électrique suffisamment fort pour que la dynamique du gaz ultra-froid soit dominée par l’interaction entre dipôles à grande distance, contrôlable par le champ. Une collaboration entre une équipe expérimentale de l’université chinoise de Hong Kong (CUHK) et l’équipe théorique THEOMOL du laboratoire Aimé Cotton à Orsay a permis la création d’un gaz ultra-froid de molécules de NaRb, qui représente l’espèce la plus fortement dipolaire observée à ce jour dans de telles conditions. Ce travail est paru dans Physical Review Letters.


La méthode expérimentale comporte trois étapes majeures : la création simultanée de deux nuages d’atomes ultra-froids de Na et Rb piégés par un champ laser au même endroit ; l’association de paires d’atomes en molécules dans un même niveau très faiblement lié, contrôlée par un champ magnétique ajustable ; le transfert – dit adiabatique – de la population de ce niveau vers le niveau fondamental absolu des molécules NaRb par une séquence de deux impulsions lasers synchronisées pour optimiser son efficacité. Ce succès repose sur la connaissance très détaillée de la structure des niveaux d’énergie moléculaire, issue de ce travail conjoint entre théoriciens et expérimentateurs. Un réseau optique à trois dimensions dans lequel de telles molécules seraient piégées, et dont les dipôles seraient alignés le long d’un champ électrique, représente un environnement idéal pour des expériences de simulation quantique et comme support à des dispositifs d’information quantique. L’expérience a cependant mis en évidence un obstacle inattendu : malgré leur stabilité chimique prévue, un processus encore inexpliqué conduit à une perte importante de molécules dans le piège. Parmi les hypothèses explorées figure la formation transitoire de complexes (NaRb) 2 qui s’échapperaient spontanément de la zone de piégeage.




Figure : En mesurant l’effet Stark du gaz moléculaire, les expérimentateurs ont déterminé un moment dipolaire permanent de 3.2 Debye qui fait de NaRb la molécule ultra-froide la plus dipolaire jusqu’à présent.


En savoir plus : Creation of an Ultracold Gas of Ground-State Dipolar NaRb Molecules, M. Guo, B. Zhu, B. Lu, X. Ye, F. Wang, R. Vexiau, N. Bouloufa-Maafa, G. Quéméner, O. Dulieu, D. Wang, Phys. Rev. Lett. 116, 205303 (2016), Editor’s suggestion


Contact : Romain Vexiau, Nadia Bouloufa-Maafa, Goulven Quéméner, Olivier Dulieu (ThéoMol)