master 2 recherche physique
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MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Modélisation de méta-surfaces pour de nouveaux effets visuels LABORATOIRE Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N) RESPONSABLE(S) Philippe LALANNE, Kevin VYNCK CONTACT Téléphone e-mail 05 57 01 72 01 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE Manipuler l'apparence des surfaces en contrôlant leur composition est un défi scientifique de grande ampleur avec un impact sociétal potentiellement très fort, allant de la réalité virtuelle (production de films et de jeux vidéo) à la sécurité (p. ex., billets de banque), en passant par le design d'interieur. Nous proposons d'exploiter la richesse des propriétés optiques de surfaces nanostructurées appelées “méta-surfaces” pour générer de nouveaux effets visuels. Nous envisageons notamment la possibilité de concevoir des surfaces qui changent de couleur en fonction de l'angle suivant lequel on les regarde, ou encore des surfaces qui ont l'apparence de certains tissus (p. ex., la soie) alors qu'elles sont constituées essentiellement de métal. Pour ce faire, il est essentiel d'établir le lien entre la nanostructuration des méta-surfaces (arrangements contrôlés de nano-résonateurs métalliques) et leur apparence dans des conditions d'illumination réelles. Ceci demande de pouvoir modéliser la réponse électromagnétique de méta-surfaces variées et de coupler les propriétés optiques obtenues à des algorithmes de rendus pour la représentation d'objets nanostructurés dans des scènes virtuelles. Notre objectif final est celui d'établir les premières règles de conception de métasurfaces pour des apparences nouvelles et de démontrer expérimentalement une telle métasurface. Le projet dans son ensemble, projeté sur plusieurs années, est construit autour de deux équipes au sein du LP2N, l'une étant spécialisée en modélisation électromagnétique (P. Lalanne), l'autre en réalité virtuelle (X. Granier). Le stage que nous proposons marquera le début de ce nouveau projet de recherche. Il s'adressera essentiellement à l'aspect modélisation électromagnétique et il aura pour but d'établir le lien entre les propriétés optiques de la méta-surface et les quantités nécessaires à leur rendu dans des scènes virtuelles (p. ex., la “BRDF”). En pratique, le/la stagiaire devra développer un code numérique permettant de traiter une large gamme de méta-surfaces, sur la base de codes déjà existants dans l'équipe de recherche. Le stage a la possibilité de déboucher sur une thèse de doctorat, menée en collaboration entre les deux équipes de recherche mentionnées ci-dessus. Les équipes ont déposé deux propositions de projets aux niveaux français et européen pour obtenir le financement qui couvrirait la thèse, en cas d'absence de bourse ministérielle. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Extraction de la lumière avec des nanoparticules métalliques Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N) LABORATOIRE RESPONSABLE(S) Philippe LALANNE CONTACT Téléphone e-mail 0621616392 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE Il est difficile de surestimer l’importance des problèmes de couplage-découplage entre l’espace libre et les ondes guidées en photonique. Ce stage, qui fait suite à une thèse CIFRE avec la société Saint Gobain sur l’extraction de la lumière dans les OLEDs, a pour objectif de démontrer la possibilité d’extraire efficacement la lumière émise par des fluorophores enterrées dans une membrane mince grâce à des ensembles désordonnés de nanoparticules métalliques disposés en surface du polymère. La figure ci-dessous illustre le problème. Le stage a un objectif précis, mais touche une problématique d’envergure. A son arrivée, le stagiaire disposera d’un échantillon fabriqué dans la centrale de nanotechnologie X-IOGS-Thalès à Palaiseau par Buntha Ea-Kim. L’échantillon sera composé d’une membrane de polymère dopée (épaisseur ≈200 nm) sur laquelle seront lithographiés des ensembles de nanodisques métalliques de différentes densités. Deux types de répartitions seront étudiés, des répartitions complètement aléatoires (le désordre est total) et des répartitions présentant un ordre à courte distance pour lequel des calculs complexes et non convaincants prédisent une meilleure extraction. Le stagiaire devra concevoir et monter un banc de caractérisation permettant une mesure précise de l’efficacité d’extraction en fonction de la densité et du type de désordre. Il disposera aussi d’outil de simulations pour interpréter ses résultats expérimentaux. Finalement, il interagira en tant que « théoricien numéricien » avec un postdoc SGR travaillant au CRPP (équipe S. Ravaine) pour interpréter des mesures similaires effectuées directement sur des LEDs organiques. Le stage présente donc un caractère essentiellement expérimental et finalisé. Nous souhaitons recruter quelqu’un de compétent et motivé pour relever le défi posé par une mesure classique mais qui reste difficile en particulier dans la situation présente où la pompe interagit aussi avec les nanostructures. Le stage sera très probablement suivi par une offre de thèse sur un sujet connexe en relation avec l’ingénierie du désordre et la nanophotonique. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Propriétés optiques exotiques de nanoparticules complexes placées dans des empilements de couches minces LABORATOIRE Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N) RESPONSABLE(S) Kevin VYNCK, Philippe LALANNE CONTACT Téléphone e-mail 05 57 01 72 48 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE Contrôler l'interaction de la lumière avec des objets de taille nanométrique est un des fers de lance de la photonique moderne. Avec le développement de techniques de nanofabrication, la dernière décennie a donné lieu à une prolifération de nanoparticules optiques de forme et de composition variées, possédant des propriétés optiques inattendues. Par exemple, on arrive à créer des nanoparticules qui diffusent très fortement la lumière à des longueurs d'onde ajustables sur tout le spectre visible et avec une directivité contrôlable. De plus, lorsque ces nanoparticules sont placées aléatoirement dans un empilement de couches minces, de nouveaux phénomènes optiques peuvent apparaître dû à l'interaction de la nanoparticule avec la géométrie et à l'interaction des nanoparticules entre elles, par exemple, un fort confinement de la lumière dans de petits volumes ou une extraction très efficace de la lumière confinée dans la structure vers l'espace libre. Ces systèmes complexes ont un très fort potentiel scientifique et technologique. A ce jour, cependant, force est de constater que la compréhension physique de ces nanostructures reste très limitée. Ceci est dû en grande partie à la difficulté de modéliser ces systèmes complexes, qui mêlent nanoparticules optimisées et désordre structurel. Notre équipe de recherche à l'ambition de développer les outils théoriques et numériques qui permettront de modéliser et de concevoir des nanostructures complexes possédant des propriétés optiques exotiques. Nous comptons également valider expérimentalement les modèles et outils développés en mesurant les propriétés optiques de telles nanostructures. Example d'une nanostructure complexe. Des nanocubes métalliques sont placés sur un empilement de couches minces métallodiélectriques. Les nanoparticules interagissent entre elles (lignes vertes) et avec la géométrie (ellipses rouges). Le stage s'inscrit dans cette dynamique. Le stagiaire pourra ainsi aborder des concepts avancés en modélisation électromagnétique et participer au développement de codes de calculs numériques nouveaux et/ou au montage de bancs de mesures optiques pour tester les nanostructures fabriquées par nos collaborateurs. Ce projet est un des sujets phares de l'équipe pour les années à venir et il fera vraisemblablement l'objet d'une thèse de doctorat qui débuterait en Octobre 2015. Deux propositions de projet ont été déposées à l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour obtenir un financement conséquent. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Regarder la formation de vaisseaux sanguins in vitro LABORATOIRE RESPONSABLE(S) LP2N Pierre Nassoy et Dan Strehle CONTACT Téléphone e-mail 05 57 01 72 09 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE Nous avons récemment développé une plateforme de production contrôlée de sphéroïdes multicellulaires. Ce sont des agrégats de cellules cancéreuses qui permettent de mimer le comportement et la croissance de micro-tumeurs. La technologie est inspirée d’une création culinaire, les Perles de Saveur. Elle repose sur l’utilisation d’un dispositif microfluidique de co-extrusion et permet d’encapsuler des cellules, puis de cultiver des sphéroïdes d’une centaine de microns de rayon. Une extension de la méthode permet de former des monocouches de cellules refermées sur elles-mêmes dans une géométrie sphérique (cyste) ou cylindrique (vaisseau). Nous souhaitons exploiter cette nouvelle technologie d’ingénierie de tissus (sains ou pathologiques) in vitro pour mener une étude biophysique des mécanismes de morphogénèse des vaisseaux sanguins. Pour mener à bien ce projet, pluridisciplinaire, il est nécessaire de développer une technique d’imagerie permettant de visualiser la croissance (lente) du tissu dans sa globalité, sans la perturber (donc à faible phototoxicité), de suivre l’organisation cellulaire au sein du tissu, mais aussi d’étudier les dynamiques rapides d’évènements moléculaires à l’intérieur de cellules individuelles. Nous avons développé un microscope à feuillet de lumière adapté à la géométrie et aux contraintes biologiques et optiques des échantillons vivants étudiés. Le stage sera dédié à la validation du dispositif, aux premières expériences et au développement de procédures quantitatives d’analyse d’images. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Les nanotubes de carbone comme nouvelles sondes dynamiques de la structure de tissus vivants : applications en neurologie LABORATOIRE LP2N RESPONSABLE(S) Laurent Cognet, DR CONTACT Téléphone 05 57 01 72 07 e-mail [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE La détection de molécules individuelles a permis des avancées majeures pour l’étude de milieux complexe biologiques. Elle est généralement basée sur l’emploi de nanomarqueurs fluorescents. Ils souffrent néanmoins de limitations sérieuses (faible durée de vie des fluorophores ou encombrement stérique des nanoparticules). Elle souffre également de l’impossibilité actuelle de détecter des molécules individuelles dans des échantillons vivants épais en raison de l’importance de l’autofluorescence cellulaire dans le domaine visible. Dans ce contexte, il est nécessaire de disposer de nano-marqueurs ayant des réponses optiques dans le proche infrarouge où l’interaction de la lumière avec la matière vivante est minimale. L’objectif de ce projet est de développer de nouvelles stratégies optiques ultrasensibles fonctionnant dans le proche infrarouge. Nous utiliserons des nanotubes de carbone détectés à l’échelle de l’objet individuel dans des milieux biologiques complexes épais et étudierons les modes de diffusion de ces objets unidimentionnels uniques, telle la reptation dans des systèmes modèles biocompatibles et dans des tranches de cerveaux vivants. Ces méthodes permettront ainsi de sonder directement le parcours des nanotubes de carbone au sein de tissus de cerveaux sains ou dans des modèles de maladie de Parkinson et Alzheimer afin d’en étudier la structuration nanométrique en 3D. Ce travail se placera dans la perspective de développement de l’étude de la rhéologie locale du cerveau et sera effectué en collaboration directe avec des collègues neurophysiologistes et neuropathologistes du campus bordelais. Références Heine et al Science 2008 ; Fakhri et al Science 2010 Collaborations : Laurent Groc (Institut Interdisciplinaire des Neurosciences, Bordeaux), Erwan Bezard (Institut des Maladies Neurodégénératives, Bordeaux) MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE LABORATOIRE Imagerie tridimensionelle de nano-objets par Applications à la détection de molécules du cerveau. LP2N RESPONSABLE(S) Laurent Cognet, Pierre Bon CONTACT Téléphone 05570172/07 / 7114 télémétrie passive. e-mail [email protected]; [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE Déterminer le positionnement en 3D d’un objet est devenu un point essentiel dans de nombreuses applications allant de l’imagerie biomédicale (ex. détection d’agents pathogènes au sein d’un organisme), jusqu’à la sécurité (ex. détermination de la distance d’une cible au détecteur) en passant par l’aide à la conduite (ex. détection d’obstacles). Si le positionnement latéral est facile à obtenir grâce à un système d’imagerie (microscope, objectif photo...) couplé à un détecteur matriciel standard, il reste difficile sans connaissance ni contrôle de la lumière provenant de la scène étudiée, de déterminer le positionnement de l’objet en profondeur i.e. son positionnement axial. Dans cette thèse nous proposons le développement et l’application d’une nouvelle méthode tout optique permettant de déterminer le positionnement 3D de chacun des points constitutifs d’une scène donnée. Cette technique interférométrique s’apparente à de la télémétrie passive, i.e. sans connaissance a priori de l’éclairage de l’échantillon. La principale application sera dans le domaine de la nano-imagerie biologique : l’approche sera implémentée sur un microscope de super-résolution basée sur la détection de molécules fluorescentes individuelles afin de reconstruire la distribution 3D de biomolécules avec des résolutions sous la limite de diffraction (quelques dizaines de nanomètres). Des applications à la recherche de traces d’agents pathogènes ou de protéines dérégulées dans des pathologies telles la maladie d’Alzheimer ou Parkinson seront testées en collaboration avec des collègues neurophysiologistes / neuropathologistes du campus de l’Université de Bordeaux. Les retombées de ce travail pourront étalement concerner l’imagerie macroscopique de scènes ambiantes où la distribution des objets formant la scène imagée est reconstruite en 3D de façon passive. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE La nanoscopie photothermique ultrasensible pour applications en biologie. TITRE LABORATOIRE RESPONSABLE(S) LP2N Brahim Lounis, Laurent Cognet CONTACT Téléphone e-mail [email protected]; [email protected] 0557017207 RESUME DU SUJET DE STAGE La détection de biomolécules en biologie est généralement basée sur l’emploi de nanomarqueurs fluorescents. Ils souffrent néanmoins de limitations sérieuses (faible durée de vie des fluorophores ou encombrement stérique des nanoparticules). Nous avons récemment mis au point une méthode de microscopie de nanoparticules individuelles basées sur la détection de l’absorption à partir de l’effet photothermique. L’extrême sensibilité de cette méthode permet de détecter de petites particules absorbantes dans des milieux biologiques variées. L’objectif de ce projet est de développer dispositif versatile et automatisé basé sur cette technique qui peut être implémenté sur tout type de montage de microscopie commercial. Les applications envisagées concernent la microscopie corrélative (optique/électronique), diagnostique biomédical ou l’imagerie biologique quantitative. Références du groupe associées à ce projet : Berciaud et al PRL 2004 et 2008 Lasne et al Biophys. J. 2006 Lezduc et al. Nano Lett. 2013 MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE LABORATOIRE Nanoscopie rapide en champ large appliquée à l’étude de l’adhésion cellulaire. CNRS UMR 5297, Institut Interdisciplinaire de Neuroscience, Biophysics of Adhesion and Cytoskeleton, Bordeaux RESPONSABLE(S) Grégory Giannone, Jean-Baptiste Trebbia & Brahim Lounis CONTACT Téléphone e-mail 05 57 57 57 44 05-57-01-72-40 Gregory.giannone-bordeaux2.fr [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE Le développement de la microscopie super-résolutive (Nanoscopie: Prix Nobel de Chimie 2014) a révolutionné l’imagerie en biologie. Cependant de nombreuses améliorations sont encore nécessaires pour explorer toute la gamme temporelle des processus biologiques (minutes, secondes, millisecondes). Dans ce projet, nous allons utiliser de nouvelles modalités de microscopie de super-résolution rapide en champ large. Une parallélisation massive du STED (1) et du RESOLFT (2) sera réalisé au moyen de réseaux optiques. Ces nouvelles techniques de nanoscopies rapides vont être utilisées pour étudier les structures adhésives des cellules, les points focaux d’adhésions (FAs), qui contrôlent la migration la survie et la prolifération cellulaire. Nous allons étudier la réorganisation nanométrique des protéines constituant les FAs, en particulier les intégrines et leurs régulateurs. En utilisant le STED parallélisé rapide nous allons développer une méthode permettant de sonder à l’échelle nanométrique les forces générées au sein des FAs. Nous allons également combiner la nanoscopie rapide et le suivi de protéines individuelles pour comprendre comment la dynamique de ces protéines est reliée au cycle d’assemblage et désassemblage des FAs. Ce projet combine les expertises du groupe Nanophotonique du LP2N en imagerie optique et en photophysique des nanosystèmes ; et celle du groupe et du groupe « Biophysics of Adhesion and Cytoskeleton » de l’IINs en biologie cellulaire. Ce stage peut déboucher sur une thèse financée par l’ANR. (1) Large parallelization of STED nanoscopy using optical lattices. Yang B, Przybilla F, Mestre M, Trebbia JB, Lounis B. (2014) Optics Express, 22, 5581-5589. (2) Nanoscopy with more than 100,000 'doughnuts'. Chmyrov A, Keller J, Grotjohann T, Ratz M, d'Este E, Jakobs S, Eggeling C, Hell SW. (2013) Nat Methods, 10, 737-40. (3) Rossier O, Octeau V, Sibarita JB, Leduc C, Tessier B, Nair D, Gatterdam V, Destaing O, Albiges-Rizo C, Tampé R, Cognet L, Choquet D, Lounis B, and Giannone G (2012). Integrins β1 and β3 display distinct dynamic nanoscale organizations inside focal adhesions. Nature Cell Biology, 14, 1057-67. (4) Paszek M.J., Dufort C.C., Rossier O., Bainer R., Mouw J.K., Godula K., Hudak J.E., Lakins J.N., Wijekoon A., Cassereau L., Rubashkin M.G., Magbanua M.J., Thorn K.S., Davidson M.W., Rugo H.S., Park J.W., Hammer D.A, Giannone G., Bertozzi C.R, Weaver V.M. (2014) The cancer cell glycocalyx mechanically primes integrin-dependent growth and survival. . Nature, 511, 319-325. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Spectroscopie et asservissement d’un laser pour le refroidissement du Potassium. LABORATOIRE Laboratoire Photonique Numerique et Nanosciences (LP2N) – Institut d'Optique d'Aquitaine (IOA) RESPONSABLE(S) Bernon Simon CONTACT Téléphone e-mail +33 5 57 01 72 33 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE The recent years have seen tremendous progress in the realization and the study of artificial quantum materials using ultracold atomic gases. By trapping fermionic or bosonic atoms in artificial crystals of light (so-called optical lattices), fundamental condensed matter phenomena traditionally only observed in solid-state materials have become accessible in a different and highly controlled environment. Experiments are now reaching up the level where these quantum gases start to be considered as true “quantum simulators” for tackling a broad range of open physics problems, including among others quantum magnetism or superfluidity. The long-term objective of our project is to explore quantum transport in this setting, and how it is influenced by lattice geometry, band structure topology, disorder or interactions. To this end, we are currently building a novel experimental apparatus specifically adapted to the production of ultracoldbosonic and fermionic potassium gases with adjustable interactions. The fermionic species studied will be potassium 40 that presents a low field Feshbach resonance. The lasers (767 nm) to cool potassium will be developed in collaboration with the society Muquans. Muquans has expertise in frequency doubled telecom lasers for laser cooling of Rubidium (780 nm). During its internship, the student will set-up and characterize a laser that will serve as a frequency reference for our entire optical bench for laser cooling experiment of potassium. For this, the student will have to study the working principle of an extended cavity diode laser. Then he will temperature lock the laser diode and the cavity and will realize the doppler free spectroscopy of Potassium atoms on which the laser will finally be frequency locked. The laser thus realized will serve as a frequency reference for the optical bench of Muquans. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Simulation du piégeage d’atomes froids en champ proche de surface. LABORATOIRE Laboratoire Photonique Numerique et Nanosciences (LP2N) – Institut d'Optique d'Aquitaine (IOA) RESPONSABLE(S) Bernon Simon CONTACT Téléphone e-mail +33 5 57 01 72 33 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE The recent years have seen tremendous progress in the realization and the study of artificial quantum materials using ultracold atomic gases. By trapping fermionic or bosonic atoms in artificial crystals of light (so-called optical lattices), fundamental condensed matter phenomena traditionally only observed in solid-state materials have become accessible in a different and highly controlled environment. Experiments are now reaching up the level where these quantum gases start to be considered as true “quantum simulators” for tackling a broad range of open physics problems, including among others quantum magnetism or superfluidity. The long-term objective of our project is to explore quantum transport in this setting, and how it is influenced by lattice geometry, band structure topology, disorder or interactions. To this end, we are currently building a novel experimental apparatus specifically adapted to the production of ultracoldbosonic and fermionic potassium gases with adjustable interactions. The project that we propose will in particular concentrate on the physics of two dimensional electron gaz of solid state systems by studying the transport of cold fermionic atoms trapped in a two dimensional optical lattice. This domain of fermionic quantum simulators lay in an extremely competitive international background. This project will detach from this competition by developing a new and original approach. The classical approach of cold atom based quantum simulators consists in trapping atoms in the lattice potential generated by interfering counter-propagating laser beams. Being a far field method, this classical approach is fundamentally limited by optical diffraction and the lattice spacing is thus limited to λ/2 where λ is the optical wavelength. In this project, we will developa new near-field system. In this system, the atoms will be trapped close to a nano-structured surface trap that will enable the study of 2D gaz in sub-wavelength potentials. In this context, the work of the internship student will be to simulate the electromagnetic properties of the nano-structured surface. The understanding of these properties is crucial to realize the shaping of the atomic trapping potential. The student will realize its internship at the frontier between the experimental team that is building the apparatus and the electromagnetic simulation team that is designing the nano-structured surfaces to be used in the experiment. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Ultra-stable transfercavity for sub-wavelengthimaging. LABORATOIRE Laboratoire Photonique Numerique et Nanosciences (LP2N) – Institut d'Optique d'Aquitaine (IOA) RESPONSABLE(S) Bernon Simon CONTACT Téléphone e-mail +33 5 57 01 72 33 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE The recent years have seen tremendous progress in the realization and the study of artificial quantum materials using ultracold atomic gases. By trapping fermionic or bosonic atoms in artificial crystals of light (so-called optical lattices), fundamental condensed matter phenomena traditionally only observed in solid-state materials have become accessible in a different and highly controlled environment. Experiments are now reaching up the level where these quantum gases start to be considered as true “quantum simulators” for tackling a broad range of open physics problems, including among others quantum magnetism or superfluidity. The long-term objective of our project is to explore quantum transport in this setting, and how it is influenced by lattice geometry, band structure topology, disorder or interactions. To this end, we are currently building a novel experimental apparatus specifically adapted to the production of ultracoldbosonic and fermionic potassium gases with adjustable interactions. The project that we propose will in particular concentrate on the physics of two dimensional electron gaz of solid state systems by studying the transport of cold fermionic atoms trapped in a two dimensional optical lattice. This domain of fermionic quantum simulators lay in an extremely competitive international background. This project will detach from this competition by developing a new and original approach. The classical approach of cold atom based quantum simulators consists in trapping atoms in the lattice potential generated by interfering counter-propagating laser beams. Being a far field method, this classical approach is fundamentally limited by optical diffraction and the lattice spacing is thus limited to λ/2 where λ is the optical wavelength. In this project, we will step aside from the international competition by developing a new near-field system. In this system, the atoms will be trapped close to a nano-structured surface trap that will enable the study of 2D gaz in sub-wavelength potentials. To study atoms placed in a sub-wavelength potential, one requires sub-wavelength imaging techniques. We have developed a general scheme for such innovative imaging that rely on quantum engineering the excited state of a system. To best work, our experimental procedure requires to stabilize in frequency a trapping laser at 1064 nm and a “shaping” laser at 1529 nm. These two frequencies being so far from each other, they cannot be directly referenced to each other and a transfer cavity is required. In this context, the work of the student will be to design and set up a very stable transfer cavity that will be resonant to both 1064 nm and 1529 nm. He will then use the cavity to stabilize the frequency difference of the two lasers. With such transfer cavity thesub-wavelength imaging scheme should reach nano-metric resolution. MASTER 2 RECHERCHE PHYSIQUE PROPOSITION DE STAGE TITRE Piège dipolaire combiné dans un résonateur optique / mesure non classique des états atomiques à l'aide de la cavité optique LABORATOIRE Laboratoire Photonique Numerique et Nanosciences (LP2N) – Institut d'Optique d'Aquitaine (IOA) RESPONSABLE(S) Andrea Bertoldi ou Philippe Bouyer CONTACT Téléphone e-mail +33 5 57 01 72 00 [email protected] RESUME DU SUJET DE STAGE L’expérience BIARO (acronyme pour condensation de Bose-Einstein et Interférométrie Atomique dans un Résonateur Optique de haute finesse) a pour but d’utiliser un condensat de Bose-Einstein pour des expériences d’interférométrie atomique avec une sensibilité au delà de la limite standard du bruit de projection quantique. La cavité optique permet d’augmenter le couplage entre les atomes et la radiation optique, qui doit permettre d’améliorer les mesures de détection non destructive et de réaliser des états atomiques comprimés. Dans la cavité optique en anneau les deux faisceaux se croisent au centre, permettant d'obtenir un confinement optique fort dans les trois directions de l’espace. Un laser fibré a 1560 nm pompe le résonateur de haute finesse pour atteindre le niveau de puissance nécessaire pour la piège dipolaire. Des atomes de rubidium ont déjà été piégés au centre de la cavité dans le mode transversal fondamental (TEM00), en obtenant une piège unique, ainsi que dans les modes d’ordre supérieur, permettant de réaliser simultanément plusieurs pièges (par exemple 4 pour TEM10, 9 pour TEM20) [1]. Nous avons déjà obtenue la condensation de Bose-Einstein dans le TEM00 et travaillons actuellement à l’obtention d’un réseau de condensats en utilisant les modes d’ordres plus élevés de la cavité. Des mesures non destructives préliminaires ont été effectuées sur des atomes lâchés d’un piège magnéto-optique ou piégés dans le piège dipolaire. Ils ont ainsi permis de suivre l’évolution d’un interféromètre de manière faiblement destructive [2], et plus récemment de protéger un ensemble d'atomes contre la décohérence induite par une perturbation externe en utilisant une rétroaction [3]. Un premier sujet du stage porte sur l’etude et l’implémentation expérimentale d’un nouveau type de piège dipolaire dans lequel le déplacement lumineux différentiel de la transition D2 sur les atomes par le laser à 1560 nm est modelé par un second laser à 1529 nm. La combinaison des deux lasers sera utilisée afin de obtenir un piège optique chargé en continu, avec une région au centre ou un fort déplacement lumineux permet de protéger les atomes du chauffage lié à la diffusion multiple de photons. Ça permettra d'obtenir de échantillons atomiques piégés de très hautes densité optique, et donc un point de départ optimale pour générer des condensats atomiques dans le piège dipolaire. Un deuxième sujet de stage porte sur l'interrogation des états atomiques à l'aide d'une sonde photonique asservi à la cavité optique, qui permettra de surpasser le régime classique d'incertitude de mesure et de atteindre des états atomiques non classiques ou comprimés. [1] A. Bertoldi et al., Opt. Lett. 35, 3769 (2010). [2] S. Bernon et al., New J. Phys. 13, 065021 (2011). [3] T. Vanderbruggen et al., Phys. Rev. Lett. 110, 210503 (2013).
