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Des atomes dans des pièges photoniques

Ces dernières années, de nombreux travaux ont visé à intégrer les atomes ultra-froids au domaine de la nanophotonique. Des chercheurs financés par l'UE ont réalisé les premières expériences de systèmes capables de coupler des atomes isolés à des guides d'ondes en cristaux photoniques.
Des atomes dans des pièges photoniques
Le projet ATOMNANO (Quantum interface between atomic and nano-photonic systems) a été inspiré par l'idée de contrôler le type et la gamme des interactions entre les atomes et les photons. En outre, en déterminant la dispersion optique des cristaux photoniques, il est possible d'obtenir des interactions fortes entre des photons.

Les cristaux photoniques sont des matériaux périodiques d'éléments diélectriques nanoscopiques. Ils bloquent certaines longueurs d'ondes de lumière. En réalisant avec soin la périodicité des cristaux photoniques, on en a fait des guides d'ondes à faibles pertes.

Les chercheurs du projet ATOMNANO ont développé un ensemble d'outils informatiques dédiés à la conception de cristaux photoniques, et qui facilitent le positionnement d'atomes froids dans leur structure. Ils ont aussi appliqué de nouveaux principes de conception pour démontrer comment adapter les interactions entre les atomes et les photons qui se propagent dans les cristaux.

Les chercheurs ont ainsi montré que des cristaux photoniques dotés d'une structure adéquate autorisent des interactions fortes à longue distance. La cause en est un état «peigné» des atomes, dans un nuage photonique localisé. La taille de ce nuage peut aussi être adaptée en ajustant les propriétés de la structure du cristal.

La possibilité de personnaliser les interactions entre des émetteurs quantiques et des photons est l'un des fondements de l'optique quantique. En outre, la réalisation d'interactions à longue distance entre des atomes et des photons ouvre de nouvelles possibilités pour étudier la physique quantique à nombreux corps.

Durant le projet ATOMNANO, les chercheurs ont aussi montré que les forces dépendant du spin et provenant d'atomes couplés à des cristaux photoniques conduisaient à des «cristaux quantiques», dans lesquels l'organisation des atomes dépend de leurs énergies d'échange de spin.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Atomes ultra froids, nanophotonique, cristal photonique, ATOMNANO, physique de nombreux corps
Numéro d'enregistrement: 198768 / Dernière mise à jour le: 2017-06-07