Atomes Ultra-Froids piégés dans des Réseaux Optiques Nano-Structurés – AUFRONS

Pendant de nombreuses années, la physique atomique et la photonique se sont développés de manière parallèle et indépendante, se percevant essentiellement l’une l’autre comme une brique technologique de développement. Les avancées des gaz quantiques en physique atomique ont ainsi bénéficié des développements rapides des systèmes photoniques et, réciproquement, l’émergence de nouveaux systèmes photoniques est étroitement liée à l’ingénierie de matériaux innovants. Cependant, dans la dernière décennie, le concept de système hybride dans lequel les propriétés quantiques de la lumière et de la matière ne peuvent être dissociées à essaimer et fait foisonner une intense activité de recherche. Dans ce contexte, nous envisageons ici de franchir un cap en étudiant la dynamique de gaz quantiques de Bose et de Fermi très proches, et en interaction forte avec des structures nano-photoniques générant des potentiels périodiques sub-longueur d’onde aux propriétés électromagnétiques façonnées. Ce type de simulateur hybride comblera le faussé existant entre les réseaux cristallins (1A) et optiques (500 nm), permettant ainsi de bénéficier à la fois de régimes libres des limitations de champ lointain et du large degré de control des atomes froids pour atteindre des phases quantiques fortement corrélées. Dans l'espace des positions, par exemple, il est possible, en champ proche, de contourner la limite de diffraction et de générer des motifs d'intensité sub-longueur d'onde qui permettront d’observer des phases d’ordre quantique magnétique. De manière analogue, dans l'espace réciproque, la relation de dispersion qui est fixe dans le vide peut être mise en forme afin de ralentir la propagation de la lumière et d’augmenter le couplage atome/champ. Ceci permettant d’envisager de nouvelles perspectives d’ingénierie des interactions atomiques médiées par la lumière qui sont un ingrédient clef pour mettre en évidence des phases quantiques corrélées à longue distance. Ce système hybride représente une nouvelle class de simulateurs quantiques aux perspectives fascinantes mais à la mise en place délicate. Mon objectif principal dans le projet AUFRONS est d’être le premier à développer les concepts et les outils innovants nécessaires pour contrôler la dynamique de gaz quantiques piégés dans des réseaux électromagnétiques façonnés par des surfaces nano-structurées. En complément de mon expertise des systèmes hybrides, je prévois de mener le projet AUFRONS qui mélange la physique des gaz quantiques, l’optique en champ proche et la matière condensée avec des experts de chacun des domaines concernés.