Atomes ultrafroids de dysprosium : un spin géant pour la simulation et la métrologie quantiques

Les gaz d'atomes ultrafroids constituent aujourd'hui une plateforme unique pour explorer les phénomènes de la physique quantique à plusieurs corps, notamment la simulation de systèmes complexes et le développement de nouvelles approches de métrologie quantique. Ce projet de thèse porte sur l'étude expérimentale de gaz ultrafroids de dysprosium, un atome remarquable par son moment cinétique de spin total J = 8. Cette richesse interne en fait un système idéal pour de nouvelles approches en simulation et métrologie quantiques. Le premier axe de recherche est d'exploiter la dynamique de spin non classique de dysprosium pour générer des états collectivement intriqués et améliorer la sensibilité des mesures magnétiques au-delà de la limite quantique standard. Le doctorant étudiera des processus d'échange de spin entre atomes, permettant la création d'états corrélés complexes et la mise en évidence d'effets collectifs nouveaux dans un gaz de spin élevé. Un second axe du travail consistera à explorer les phases topologiques d'atomes de dysprosium soumis à des champs synthétiques créés par couplage spin-orbite. Ces systèmes permettront d'étudier la formation de condensats de Bose–Einstein dans des bandes topologiques, puis, dans des régimes plus fortement corrélés, des états analogues à ceux de l'effet Hall quantique fractionnaire. Le projet s'appuie sur une installation expérimentale déjà opérationnelle au Laboratoire Kastler Brossel (ENS–Collège de France), capable de produire et de manipuler des échantillons d'atomes de dysprosium à très basse température. Le doctorant participera à l'ensemble des activités expérimentales : préparation des échantillons, contrôle optique des spins, détection et analyse des états atomiques, ainsi qu'à la modélisation numérique et à l'interprétation des résultats. Cette recherche, à l'interface entre physique atomique, optique quantique et physique de la matière condensée, vise à mieux comprendre la dynamique quantique de systèmes à spin élevé et à ouvrir de nouvelles perspectives pour la métrologie quantique de précision et la simulation de phases topologiques exotiques. École doctorale : Physique en Ile de France Direction : Sylvain NASCIMBENE Financement : Concours pour un contrat doctoral