Les atomes de Rydberg [1], grâce à leurs grands moments dipolaires intrinsèques, sont des outils prometteurs pour détecter les champs électromagnétiques [2] dans la gamme de 1 GHz à 1 THz en utilisant la transparence électromagnétiquement induite (EIT). Les premières détections, il y a environ 10 ans, ont suscité un grand intérêt et de nombreux développements à travers le monde. Au sein d'un consortium de 4 laboratoires de recherche français et d'une entreprise (contrat PEPR « CARAMELS », regroupant ONERA, LumIn, IEMN, LAC et Thales), nous étudierons cette technique sous divers angles.
Jusqu'à présent, la technique a été appliquée aux atomes alcalins dans une cellule de vapeur chaude. Au Laboratoire Aimé Cotton, nous proposons d'étudier l'utilisation des atomes d'ytterbium afin de repousser les limites de sensibilité, que ce soit en travaillant sur des atomes chauds ou froids. En effet, la structure électronique présente des spécificités, avec des transitions étroites et des états de longue durée, qui pourraient permettre de réduire le signal de l'appareil de plusieurs ordres de grandeur, améliorant ainsi la sensibilité ultime du champ.
Par exemple, les deux longueurs d'onde pour coupler l'état fondamental 6s2 1S0 au premier état excité singulet 6s6p 1P1 à 399 nm et ensuite aux états de Rydberg autour de 396 nm permettront de compenser l'effet Doppler à plus de 99 %. Nous avons effectué un test préliminaire d'EIT avec l'état de Rydberg 6s33d 1D2 sur un faisceau chaud d'atomes d'ytterbium (figure 1) et développé un modèle décrivant la largeur de l'EIT en fonction des paramètres expérimentaux. La thèse débutera par l'achèvement de cette étude afin de dériver une sensibilité optimale et de tester ses résultats expérimentalement sur notre faisceau d'ytterbium.
Une autre approche intéressante consiste à utiliser une lumière de sonde sur la transition intercombinaison étroite autour de 556 nm de l'état fondamental vers l'état excité 6s6p 3P1 qui possède une largeur de ligne de 180 kHz. Cela a été proposé dans [3] pour obtenir une sensibilité accrue sur l'EIT ou l'EIA (absorption électromagnétiquement induite). Afin de bénéficier pleinement des propriétés des atomes divalents, l'utilisation d'atomes froids sera nécessaire car elle évitera tout élargissement Doppler ou élargissement limité par la transformée de Fourier. Toutes les études mentionnées ci-dessus seront reproduites sur des atomes froids pour tester les sensibilités ultimes.
[1] T. F. Gallagher, Rydberg atoms (Cambridge University Press 1994)
[2] Fancher, et al. IEEE Transactions on Quantum Engineering 2, 1-13 (2021).
[3] Zhou, et al. Phys. Rev. A 105, 053714 (2022).
Contexte de travail
Le Laboratoire Aimé Cotton, situé à Orsay (Essonne), est une unité mixte de recherche (UMR 9025) du CNRS et de l’Université Paris-Saclay. Il accueille environ 50 personnes permanents et non-permanents répartis au sein de 4 équipes de recherche et de la plateforme de soutien aux expérience et de développement instrumental, le Lac Tech’. La personne recrutée sera intégrée dans l’équipe « Matière Froide Corrélée » dirigée par Daniel Comparat.
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
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Contraintes et risques
aucun
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