Soutenance de thèse de Damien BLOCH

Soutenance de thèse de Damien BLOCH, doctorant dans le groupe Optique quantique du Laboratoire Charles Fabry, le 18 juin 2025 à 14h dans l'amphithéâtre de l'Institut d'Optique Graduate School à Palaiseau, sur le thème : " Chaines d’atomes uniques de dysprosium dans des pinces optiques pour étudier la diffusion collective de la lumière ".

Résumé : " Comprendre comment la lumière est diffusées par un ensemble d'atomes est cruciale pour expliquer de nombreux phénomènes courants, comme la couleur du ciel ou la réfraction des faisceaux lumineux à travers le verre.

Si ces effets sont bien compris dans les milieux dilués lorsque la diffusion multiple est négligeable, la situation est nettement plus complexe lorsque la distance entre les atomes est faible auquel cas la lumière émise par un atome influence fortement les autres.

De nombreuses questions restent en suspens dans ce cas, en particulier s'il faut également tenir compte de la nature quantique des émetteurs.

L'objectif de la thèse est de développer de nouveaux outils expérimentaux pour explorer la diffusion collective de la lumière sur des ensembles ordonnés d'atomes.

Pour cela, nous avons construit une nouvelle expérience d'atomes froids et nous avons adapté les techniques de pinces optiques développées à l'Institut d'Optique au problème de la diffusion de la lumière.

Grâce à cette plate-forme, nous sommes en mesure de créer des chaînes ou des grilles de quelques dizaines d'atomes avec un très haut degré de contrôle.

Un changement majeur par rapport aux expériences précédentes a été l'utilisation d'une nouvelle espèce atomique : le dysprosium.

Cet atome a une structure électronique complexe et une grande partie de la thèse a été consacrée à comprendre comment piéger et imager des atomes uniques de dysprosium dans des pinces optiques.

La structure riche de cet atome s'est avérée être un ingrédient clé pour adapter la plate-forme des pinces optiques au problème de la diffusion de la lumière.

En particulier, nous avons développé une technique pour détecter les excitations d'une transition optique avec une résolution au niveau de l'atome unique.

Grâce à cette méthode, nous avons pu réaliser de premières expériences de diffusion collective de la lumière avec des chaînes d'atomes de dysprosium.

Nous avons étudié le décalage de Lamb collectif, ou comment la lumière émise par un atome sur un autre influence la fréquence de la transition.

En utilisant les techniques développées pendant la thèse, nous avons pu illustrer l'origine microscopique de cet effet, et nous l'avons également relié expérimentalement au décalage de fréquence observé dans les horloges optiques. "