Faits marquants Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité

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1 1 Faits marquants Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité J. Billy & M. Büchner Interaction laser-matière Structure et dynamique moléculaire Atomes froids Coord: D. Guéry-Odelin Interférométrie Coord: A. Gauguet Femto Coord: B. Chatel Ions-matière Agrégats Coord: P. Moretto-Capelle Coord: JM. L hermite Théorie Coord: C. Meier

2 Interaction laser-matière 1: optique atomique Interférométrie atomique présentation M. Büchner Atomes froids propagation d ondes atomiques ultra-froides guidées optique atomique, chaos Collaboration LPT Beam splitter atomique en configuration guidée G. Gattobigio et al, PRL 109, (2012) Réalisation d une cavité atomique P. Cheiney et al. EPL 103, (2013) experiment simulation

3 log(counts) (a.u.) Interaction laser-matière 2: dynamique ultra-rapide Femto Développement de sources laser femtosecondes Interaction en champ fort d impulsions laser fs avec des nanopointes Collaboration CEMES, LPT Photoémission au dessus du seuil (ATP) Interaction avec des nanopointes de tungstène Etude de l émission de photoélectrons en champ fort (I laser > W/cm²) photons 4 photons 5 photons M. Bionta et al. J. Mod. Opt (2014) 2 1 Travail de sortie W : 4,5 ev Energie d un photon : 1,55 ev Energy (ev)

4 Temperature (K) Physique Moléculaire Agrégats Collage et fragmentation d agrégats d eau Collaboration LCPQ Nanocalorimétrie d agrégats d eau: mesure des températures de transition solide-liquide J. Boulon et al. J. Chem Phys. 140, (2014) (H 2 O) n H + : this work : Schmidt et al (H 2 O) n-1 OH - : this work (H 2 O) n - : Hock et al Ions-Matière Collisions d électrons/protons/photons X avec des molécules/nanoparticules Interaction coronène C 24 H 10 / proton Mesure du taux de production de H 2 moléculaire par fragmentation Vent stellaire (kev) H + H 2 J.-P. Champeaux et al., MNRAS 441, (2014) Nébuleuse du Rectangle Rouge Coronène

5 Théorie Modèles quantiques pour décrire des dynamiques d interaction entre des systèmes atomiques/moléculaires et un environnement (pulse de lumière, surface) Applications : plasmas, astrophysique, génération d harmoniques, dynamique des réactions de transfert de charges, dynamique dissipative dans les systèmes d intérêt biologique, dynamique excitonique dans des nanostructures, superfluidité dans des nanogouttes d hélium dopées Interactions hydrogène-surface H Collaboration LPT, LCPQ, CEMES, Laplace, IRAP Probabilité de collage par physisorption d atomes d hydrogène sur graphène en fonction de l énergie de collision B. Lepetit & B. Jackson, PRL 107, (2011) Central CH group Dynamique dans des clathrates Structure d eau solide stabilisée par la présence d une molécule hôte R. Franklin-Mergarejo et al. J. Phys. Chem. A, 115, 5983 (2011)

6 Battements d ondes atomiques LCAR/IRSAMC Université de Toulouse III et CNRS UMR 5589, Toulouse Boris Decamps Jonathan Gillot Gilles Dolfo Matthias Büchner Alexandre Gauguet Jacques Vigué

7 Interféromètres à géométrie Mach-Zehnder Optique Source atomique Atomique Réseaux diffractants Séparatrice Miroir Séparatrice h mv debroglie 54 pm Introduction d une perturbation sur un seul bras observation d un déphasage et l atténuation de l onde transmise mesure de deux phases topologiques (PRL 109, ; PRL 111, ) He-McKellar-Wilkens et Aharonov-Casher (EPJD ) (HMW: seminaire «flash» (NEXT days 2013) application d une perturbation périodique en temps battement d ondes atomiques bandes latérales atomiques superposition des états de mouvement

8 Application d un champ oscillant Lithium Fentes de collimation Ondes stationnaires laser Fente de détection Forte collimation du jet atomique Un seul état quantique interne Onde atomique séparée: Dx 100 µm 30 µm M 1 M 2 M 3 0,6m 0,6m x Signal (c/s) 45k 40k 35k 30k 25k 20k 15k 10k 5k 0 0,0 335,5 671,0 1006,5 1342,0 x - position du miroir M 3 (nm) I=I 0 [1+V cos( miroir )] Visibilité V = % Flux moyen I 0 = c/s

9 Application d un champ oscillant E (t) I=I 0 [1+V cos( miroir+ pert )] a: la polarisabilité électrique

10 Application d un champ oscillant E u (t) V u (t) E l (t) L= 50 mm V l (t) Configuration: «Pockels»

11 Application d une tension oscillante Application d une tension osc. à n= 21 Hz (durée 13 s) n= 43 Hz Temps: X 10

12 Radio Toulouse PM Radio Toulouse PM à 54 pm sur onde atomique ) 0,0 335,5 671,0 1006,5 1342,0 x - position du miroir M 3 (nm)

13 Battements d ondes atomiques V u (t) Dw constant V l (t) V u = Vs + V m cos(wt) V l = Vs + V m cos((w + Dw) t) avec Dw petit w/2p

14 Conclusion, applications (?) Modulation temporaires des phases d onde atomique Observation des battements d ondes atomiques Création de superposition d états de mouvement: k i,, Ω i > (moment d inertie ћk i,, energy ћω i ) p A p k i,, Ω i +p w> (bandes laterales) Détection synchrone avec ondes atomiques (?) augmenter n coupure : appliquer un faisceau laser focalisé (effet Stark dynamique) Bit 1: pert -p/2 Fax atomique Original Faxed Bit 0 Bit 1 Bit 0 335,5 671,0 1006,5 1342,0 - position du miroir M 3 (nm) P.A.Böckstiegel 1917/1918