Rapport scientifique du LPL - Laboratoire de Physique des Lasers

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LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES LASERS
UNITE MIXTE DE RECHERCHE – UMR 7538
Rapport Scientifique
2000 - 2003
Octobre 2003
Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS UMR 7538 – Institut Galilée
Université PARIS 13 – 99, Av. Jean Baptiste Clément - F93430 VILLETANEUSE
Téléphone +33 (0)1 49 40 34 00 – Télécopie +33 (0)1 49 40 32 00
[email protected] http://www-lpl.univ-paris13.fr
-2Laboratoire de Physique des Lasers - Université PARIS 13 – CNRS UMR7538
http://www-lpl.univ-paris13.fr
99, Av. Jean Baptiste Clément - 93430 VILLETANEUSE
Sommaire
Sommaire
I
DOSSIER SCIENTIFIQUE
5
I.1 RAPPORT SCIENTIFIQUE ET UTILISATION DES CREDITS DES 4 ANNEES PRECEDENTES
5
I.1.1 INTRODUCTION AU RAPPORT SCIENTIFIQUE
5
I.1.2 RAPPORT DES EQUIPES
13
I.1.2.A Atomes froids. Applications à la métrologie et à l’interférométrie atomique - AF
13
I.1.2.B Interférométrie et optique atomiques – IOA
21
I.1.2.C Optique cohérente à résonance – OCR
33
I.1.2.D Condensat de Bose Einstein - Mesures et applications – COMETA
49
I.1.2.E
Horloges optiques et tests fondamentaux par spectroscopie et interferometrie atomique et
moleculaire – HOTES
59
I.1.2.F
Nano-photochimie par laser VUV à 10 eV d’agrégats et de complexes – VUV
81
I.1.2.G Agrégats moléculaires d’intérêt biologique - énergétique et structure – AMIBES
95
I.1.2.H Optique et problèmes de transformation inverse en milieux aléatoires – OPTIMA
109
I.2 BILAN QUANTITATIF SUR LES QUATRE DERNIERES ANNEES
125
I.2.1 ARTICLES DANS DES REVUES AVEC COMITE DE LECTURE (ACL)
125
I.2.2 ARTICLES DANS DES REVUES SANS COMITE DE LECTURE (SCL)
135
I.2.3 COMMUNICATIONS AVEC ACTES (ACT)
139
I.2.3.A Orales
139
I.2.3.B Posters
140
I.2.4 COMMUNICATIONS SANS ACTES (COM)
141
I.2.4.A Orales
141
I.2.4.B Posters
144
I.2.5 CONFERENCES INVITEES (INV)
151
I.2.6 OUVRAGES SCIENTIFIQUES (OU CHAPITRES) (OS)
159
I.2.7 OUVRAGES DE VULGARISATION (OU CHAPITRES) (OV)
160
I.2.8 DIRECTIONS D’OUVRAGES (DO)
160
I.2.9 AUTRES PUBLICATIONS (AP)
160
I.2.10 AUTRES ACTIVITES INTERNATIONALES (AI)
161
I.2.11 VALORISATIONS – CONTRATS – BREVETS (B)
163
I.3 DECLARATION DE LA POLITIQUE SCIENTIFIQUE POUR LA PERIODE 2005-2008
165
I.3.1 PROJETS SCIENTIFIQUES DES EQUIPES
169
I.3.1.A Atomes froids. Applications à la métrologie et à l’interferométrie atomique - AF
169
175
177
179
I.3.1.E
183
I.3.1.F
187
I.3.1.G Agrégats moléculaires d’intérêt biologique - énergétique et structure – AMIBES
191
I.3.1.H Optique et problèmes de transformation inverse en milieux aléatoires – OPTIMA
195
I.4 ACTIONS SPECIFIQUES
197
I.4.1 CONTRATS DU LABORATOIRE
197
I.4.2 ALLOCATIONS SPECIFIQUES CNRS
198
I.4.3 ACTIONS INCITATIVES MJENR
198
I.4.4 PLANS PLURI-FORMATIONS MJENR
199
I.5 LES ACTEURS DU LABORATOIRE AU 1ER OCTOBRE 2003…
201
I.5.1 LES EQUIPES INTERNES COMPOSANT L’UNITE
201
Laboratoire de Physique des Lasers - Université PARIS 13 – CNRS UMR7538
-399, Av. Jean Baptiste Clément - 93430 VILLETANEUSE
Sommaire
I.5.2 ORGANIGRAMME DU LABORATOIRE
I.5.3 LES MEMBRES DU LABORATOIRE
I.5.3.A Enseignants - Chercheurs
I.5.3.B Chercheurs
I.5.3.C ITA et ITARF
I.5.3.D Doctorants
I.5.4 LES VISITEURS DE PLUS D’UN MOIS DU LABORATOIRE DE 2000 A 2003
202
203
203
203
204
204
205
Dossier scientifique
Rapport scientifique et utilisation des crédits des 4 années précédentes
I
DOSSIER SCIENTIFIQUE
I.1 RAPPORT SCIENTIFIQUE ET UTILISATION DES CREDITS DES 4 ANNEES
PRECEDENTES
I.1.1
Introduction au rapport scientifique
Le présent rapport scientifique est établi à l’appui d’une demande de renouvellement de
la reconnaissance du Laboratoire de Physique des Lasers comme Unité Mixte de
Recherche dans le cadre de la contractualisation pour la période 2005-2008 entre
l’université Paris 13, le Centre National de la Recherche Scientifique (département SPM,
principalement) et le Ministère de la Jeunesse, de l’Education Nationale et de la
Recherche. Ce rapport présente les différentes thématiques scientifiques développées par
les équipes au cours des quatre années passées ainsi que les projets et les perspectives de
chacune d’entre elles.
Activité scientifique
Le laboratoire mène des études fondamentales de l’interaction entre « lumière » et
« matière » dans des domaines allant de l’atome isolé, en passant par les molécules, les
agrégats et complexes d’intérêt biologique, en allant jusqu’aux tissus biologiques. Ces
différents axes de recherche portés par les équipes du laboratoire, loin d’être cloisonnés,
présentent de nombreuses ouvertures vers d’autres champs disciplinaires mais aussi vers
des applications pouvant conduire à une valorisation industrielle. Cette ouverture est à
l’évidence une originalité et une richesse de la recherche du laboratoire ; elle se traduit par
des collaborations inter-équipes mais aussi avec d’autres laboratoires de l’Université ou
non. Elle a pu prendre une certaine ampleur grâce à la mise en place d’une structure
fédérative appelée Institut Fédératif de Recherche Paris Nord Plaine de France, regroupant
6 unités de recherche relevant des secteurs SPM, SPI et Chimie et dont la direction est
assurée par le directeur du Laboratoire de Physique des Lasers. Dans une annexe à ce
document sont joints les quatre projets de recherche inter laboratoires montés par des
équipes du LPL dans le cadre du renouvellement de l’IFR ou comme PPF.
Un axe fort de la politique du laboratoire de ces quatre dernières années a été le
lancement d’opérations de condensats de Bose-Einstein. Il s’agissait de donner une
meilleure visibilité aux actions « atomes froids » du laboratoire engagées assez
tardivement. Dans un contexte national et international très compétitif, la richesse
potentielle qu’offrent les condensats ou les gaz dégénérés pour des études fondamentales
notamment à l’interface de la physique atomique et de la physique du solide, justifiait
pleinement un tel choix stratégique. Initiée lors du précédent contrat, l’opération
COMETA est montée en puissance avec l’obtention du troisième condensat français en
janvier 2001 et aujourd’hui des résultats tout à fait originaux sur le plan international ont
été obtenus dans le domaine des gaz quantiques de basse dimensionnalité.
En octobre 2001, s’appuyant sur le fait que dans le schéma de service du contrat de plan
état-région (CPER) 2000-2006, Villetaneuse apparaissait comme un pôle de
développement possible des nanotechnologies, le président de l’Université a sollicité le
laboratoire pour monter un projet important autour de cette thématique. S’appuyant sur des
travaux en interférométrie atomique ayant débouché sur un brevet portant sur la
nanolithographie atomique, une réflexion collective s’est engagée impliquant les équipes
IOA, AF, COMETA et OCR. Elle a débouché sur le montage de ce qui est la plus grosse
opération scientifique lancée par le laboratoire tant du point de vue financier qu’humain :
l’opération Nanochrome. Ce projet présente plusieurs facettes : Une ligne-force consiste à
monter des expériences de nanolithographie avec un condensat. Dans un premier temps, on
recherchera l’observation d’un condensat de chrome, atome privilégié pour ce type
d’application et dont les propriétés magnétiques exceptionnelles offre un champ d’étude
original. Cet atome dont un des isotopes abondants est fermionique permettra également
des études telle que la transition BCS, champ qui reste aujourd’hui encore peu exploré.
Cette opération implique concrètement l’équipe AF qui réoriente totalement ses activités
sur ce projet et l’équipe COMETA. Celle-ci, qui a joué un rôle de proposition significatif,
monte, pour l’occasion, une nouvelle expérience d’holographie atomique. Des
financements importants ont été obtenus pour cela : un financement CPER 2002-2006
assuré par le ministère de la recherche et un contrat Sésame du Conseil Régional Ile-deFrance devraient permettre le lancement confortable de cette opération ambitieuse. A
condition que les restrictions budgétaires ne viennent pas remettre en cause les promesses
ministérielles. Le recrutement à la rentrée 2003 d’un chercheur CR2 CNRS, d’un maître de
conférence (poste en création obtenu au titre de la recherche) et d’un ingénieur de
recherche CNRS sont des conditions rarement réunies et favorables au lancement rapide de
cette opération.
L’optique et l’interférométrie atomique, facteur de notoriété du laboratoire depuis la fin
des années 80, a continué son développement au cours de ses 4 années tant sur le plan
expérimental que théorique. Présente également dans les projets d’atomes froids du
laboratoire, elle a en outre donné lieu à des expériences préliminaires de lithographie
atomique. Par ailleurs, dans l’interaction d’un jet avec une fente ou un réseau, des
collisions superélastiques pourraient préfigurer la réalisation d’un interféromètre à grande
surface. Le rôle de l’interaction de Van der Waals y est en l’occurrence essentiel, ce qui
donne lieu à une collaboration fructueuse avec l’équipe OCR qui a continué ses
investigations en ce sens en développant des cellules ultra-minces (quelques dizaines de
nanomètres seulement) où l’interaction de Van der Waals en 1/z3 devient considérable.
La spectroscopie à très haute résolution, axe historique fort du laboratoire, a connu au
cours de ce contrat, un élan important. En effet, la révolution dans le champ de la
métrologie des fréquences introduite par l’utilisation de lasers femtosecondes alliée au
raccordement par un lien optique du laboratoire au SYRTE (ex-LPTF, Observatoire de
Paris) permet à présent de mesurer en temps réel des fréquences absolues dans le domaine
optique et de faire de la spectroscopie avec une base de fréquence d’une stabilité sans égal.
Cela a permis de démontrer que l’étalon de fréquences basé sur des franges de Ramsey de
SF6 récemment développé à 10µm est le meilleur dans ce domaine spectral. Ces travaux
ont été récompensés par l’obtention cette année du prix Aimé-Cotton par Anne AmyKlein.
L’étude de molécules d’intérêt biologique en phase gazeuse, domaine dans lequel le
laboratoire joue un rôle pionnier et moteur dans la communauté internationale (au travers
de séries de conférences Euresco) est poursuivie avec les méthodes originales de
productions d’ions négatifs diffus de type dipolaire ou quadripolaire. L’adjonction de
méthodes de spectroscopie infrarouge grâce au développement d’un OPO a permis
d’enrichir les moyens d’investigation. La combinaison de ces études avec des
développements semi-analytiques « simples » a révélé la puissance de la démarche
scientifique dans un domaine où la complexité des objets étudiés brouille souvent le sens
des résultats.
Les recherches développées par l’équipe VUV résolument tournées vers les applications
s’appuient fortement sur des collaborations avec d’autres secteurs disciplinaires (chimie,
élaboration de matériaux,…). La caractérisation de détecteurs UV ou l’élaboration de
photo-interrupteurs haute tension à film de diamant CVD en sont deux exemples. La
production de polymères électroluminescents (en collaboration avec le CEA), avec comme
application potentielle des lasers plastiques bleus, a connu des développements
spectaculaires et est promise à un bel avenir.
L’optique biomédicale poursuit ses études de la propagation de la lumière dans des
milieux aléatoires. C’est l’axe majeur par lequel passent les développements diagnostiques
dans le domaine médical effectués par ce groupe qui a établi des relations étroites avec les
milieux hospitaliers et industriels. Un brevet reposant sur une nouvelle méthode
interférométrique du speckle a été pris en 2001 et est actuellement en phase d’extension
internationale.
Terminons ce survol en soulignant que le développement de nombreuses collaborations
avec des laboratoires de l’Université, déjà mentionné lors du précédent rapport,
principalement de l’Institut Galilée (les laboratoires de chimie, le LIMHP, le LPMTM
principalement mais aussi le LAGA) et avec SMBH (Santé, Médecine, Biologie Humaine)
à Bobigny s’est amplifié. Ceci traduit une évolution intéressante de plusieurs équipes vers
les interfaces : chimie, biologie et matériaux. Le caractère pluridisciplinaire de l’Université
Paris 13 est de ce point de vue un atout qui doit être souligné. La mise en place de l’Institut
Fédératif de Recherche « Paris Nord Plaine de France » en 2000 qui regroupe 6
laboratoires aura contribué à cet essor.
Relations nationales et internationales
Le laboratoire possède un rayonnement national et international bien établi. De
nombreux visiteurs étrangers fréquentent le laboratoire. La somme des visites (supérieures
à un mois) a représenté l’équivalent de 2,5 postes plein temps de chercheurs expérimentés.
Mentionnons quelques indicateurs :
Une centaine de conférences invitées dont les ¾ dans des conférences internationales
Une liste très importante de partenariats internationaux dont la plupart ont conduit à
des publications communes, principalement dans l’Union Européenne, les EtatsUnis, la Russie, l’Amérique latine mais aussi Maroc, Bulgarie, Japon, Corée,…
Le pilotage de plusieurs programmes de collaborations structurées tels que les
Actions Internationales soutenues par l’Université : les Actions Bulgarie, Maroc, la
participation à plusieurs réseaux européens : FASTNET et Atom Chips.
La collaboration franco-russe y occupe une place à part. Le laboratoire depuis une
dizaine d’années a joué un rôle important dans cette collaboration qui s’est encore
développée au cours de ce contrat. Actuellement, 4 équipes entretiennent des
relations suivies parfois de longue date avec des équipes russes à Novosibirsk,
Moscou, Troitsk et Nighni Novgorod. Le laboratoire a piloté un PICS Russie
(CNRS) pendant de nombreuses années et anime avec Michèle Leduc (LKB) un
GDRE Russie et notamment le séminaire franco-russe qui en est à sa troisième
édition. Il pilote l’Action Russie de l’Université. Les échanges sont nombreux même
si les séjours de longue durée sont plutôt le fait de nos collègues russes.
L’organisation de plusieurs conférences :
OPTDIAG 2000, 2003.
séminaires franco-russes à Vladimir (Russie) en sept 2001 et à Moscou en octobre
2003.
École internationale de physique “Quantum Gases in Low Dimensions” QGLD
2003 aux Houches. Mai 2003.
La participation à plusieurs GDR : GREX, OAIN, « Information quantique »,
« Agrégats, dynamique et réactivité »
Enfin, le projet HYPER auquel participe le laboratoire est un projet prioritaire de
l’ESA.
La place du laboratoire, c’est également les responsabilités nationales et internationales
assumées par certains de ces membres. Citons les plus importantes :
M. Ducloy, a assuré la présidence de la Société Européenne de Physique de 2001 à 2003
et a lancé le projet de l’année mondiale de la Physique qui se tiendra en 2005.
Ch.J. Bordé, membre de l’Académie des Sciences et de l’Académie des Technologies, a
été nommé en 2001 à l’Académie Européenne des Sciences. Il est par ailleurs conseiller
scientifique de la DGA et du CNES. Il vient de présider la 22ème Conférence Générale des
Poids et Mesures.
M.-C. Castex vient d’être nommée chargée de mission à la DS2 du ministère de la
recherche.
Relations avec les collectivités territoriales – diffusion de la connaissance
Le soutien de la recherche par les collectivités territoriales se traduisait essentiellement
jusque là par l’appel d’offre SESAME du conseil régional Ile-de-France. Le laboratoire a
obtenu ainsi deux financements conséquents ayant permis et permettant le lancement des
opérations COMETA et Nanochrome. Plus récent est le soutien du Conseil Général 93 à la
recherche. Il a ainsi apporté un complément de financement substantiel au projet
COMETA et le projet Nanochrome devrait en bénéficier en 2004. Au moins aussi
important dans le contexte décrit ci-après est le financement d’une bourse de thèse de trois
ans dont bénéficiera cette année une jeune doctorante russe sur le projet d’holographie
atomique.
Dans le cadre de relations en bonne intelligence, nous avons pour notre part répondu
positivement à plusieurs sollicitations du CG 93 : Le laboratoire, au travers d’un stand
pendant deux semaines et une conférence grand-public, a participé à l’exposition du CG 93
« Et voilà le travail !» consacrée à l’image (mars 2003 – 25000 visiteurs). Il sera également
présent à l’exposition du Midest en novembre 2003. A partir de cette année, le laboratoire
ouvre ses portes deux fois par an pour des groupes d’une dizaine de personnes dans le
cadre de visites organisées par le Comité Départemental du Tourisme du Conseil Général
93.
Par ailleurs, en lien avec la collectivité d’agglomération « Plaine Commune », le
laboratoire a participé activement au cours de ces dernières années à des opérations de
vulgarisation scientifique. Dans le cadre de la fête de la science, une manifestation intitulée
« Savante Banlieue » réunissant plus de 2000 scolaires a donné l’occasion au laboratoire de
présenter des stands, à plusieurs membres du laboratoire de donner des mini-conférences
pour un public allant de la 6ème à la terminale.
Ces interventions du laboratoire et de ses chercheurs contribuent à remplir une de nos
missions, la diffusion de la connaissance. Elles contribuent en outre à asseoir la notoriété
du laboratoire et à rapprocher le grand-public et les décideurs, du monde de la recherche.
Valorisation
Laboratoire de recherche fondamentale, le LPL poursuit des travaux dont la valorisation
est, dans bien des cas, une perspective fort lointaine. Néanmoins, les chercheurs sont
vivement encouragés à déposer des brevets chaque fois que l’opportunité se présente. Le
SAIC mis en place par l’Université est une structure qui facilite de telles entreprises d’un
point de vue logistique et également financier.
Ainsi, suite aux brevets financés par l’université concernant la nanolithographie
atomique par J. Baudon et J. Robert et celui de J.M. Tualle sur un « dispositif
interférométrique pour la détection résolue en temps de la lumière diffuse », deux contrats
ANVAR ont été obtenus qui ont permis de réaliser une étude de marché des inventions
proposées. Actuellement, si des industriels se sont montrés intéressés par le procédé de J.M. Tualle, le prototype en cours de réalisation pour des essais in-vivo non invasifs sur des
nouveaux-nés devrait permettre de confirmer un tel intérêt.
Les acteurs
L’évolution des thèmes de recherche s’est accompagnée d’une forte mobilité interne et
externe des personnels de l’unité, notamment techniques.
En ce qui concerne les chercheurs C.N.R.S., après 8 années blanches entre 89 et 97,
nous avons maintenu un rythme d’un recrutement CR2 tous les deux ans avec l’arrivée de
Gilles Grégoire en 2001 dans l’équipe AMIBES et de Bruno Laburthe cette année qui va
participer à la nouvelle ligne de recherche Nanochrome. Avec le départ définitif de Michel
Gorlicki, affecté à présent à la Direction des Relations Internationales du CNRS, le
laboratoire compte à présent 10 chercheurs, ce qui reste une proportion modeste pour huit
équipes de recherche comptant également 23 enseignants-chercheurs dont les charges
d’enseignement pèsent lourdement sur leur temps recherche.
La situation des postes dans l’enseignement supérieur est préoccupante à cause de la
désaffection persistante des étudiants pour les disciplines scientifiques et singulièrement la
physique. On ne peut que regretter le lien mécanique entre le nombre d’étudiants en DEUG
et le nombre de postes d’enseignants chercheurs publiés qui affecte injustement le potentiel
de recherche des laboratoires. Dans ce contexte général défavorable, il faut souligner la
volonté politique du président de l’Université, Michel Pouchain, de promouvoir la
recherche d’excellence en décidant qu’un tiers des postes demandés en création serait
justifiés sur des critères de recherche. Grâce à cette politique, le laboratoire a pu recruter
cette année Laurent Vernac sur un poste de maître de conférences en création en 30ème
section pour le projet Nanochrome. Parallèlement, suite au départ à la retraite de Jacques
Baudon, (nommé entre temps professeur émérite) et la promotion de Vincent Lorent,
Sébastien Chenais vient également d’être recruté comme maître de conférences dans
l’équipe de Marie-Claude Castex.
Avec 9 ITA et 3 IATOS, dont deux secrétaires à 4/5 de temps et une électronicienne à
mi-temps, l’encadrement technique est faible pour un laboratoire dont la recherche est
dominée par les expériences. Nous aurons traversé une période avec une forte mobilité :
Trois départs selon une procédure NOEMI : C.T. Nguyen, IR CNRS affecté à
l’équipe HOTES a rejoint le LPQM (ENS Cachan) en février 2002. A. Wilk,
secrétaire AJTP CNRS a rejoint le LIPN de Paris 13 en mars 2002. Enfin, B.
Mercier, IR CNRS affectée à l’équipe COMETA, rejoindra le LOA (Orsay) au 1.
janvier 2004.
Un départ suite au succès à un concours externe de l’électronicien TCN CNRS J.-Y.
Chauvet en février 2003.
Le départ à la retraite au 1. mars 2003 de Solange Dousset, adjointe de direction, IE
UP13, qui occupait ce poste depuis plus de vingt ans.
A ce jour, à l’exception du poste de B. Mercier dont l’annonce de la future vacance est
trop récente, l’essentiel des postes ont été ou devraient être remplacés : N. Froger secrétaire
TCN CNRS nous a rejoint au 1. janvier 2003. E. Maréchal a été recruté sur concours
externe comme IR CNRS et sera affecté au projet Nanochrome au 1. décembre 2003. F.
Wiotte, AI CNRS, rejoindra l’atelier d’électronique au 1. janvier 2004. Si ces
remplacements sont une réelle satisfaction, il faut néanmoins noter que la période de
transition entre le départ d’un agent CNRS et son remplacement est toujours bien longue.
A cette égard, la succession de la gestionnaire qui occupe un poste névralgique se sera
opérée dans des conditions exceptionnellement favorables car le CNRS nous a accordé un
poste d’IE d’administratrice dont le recrutement sur concours externe a été effectif au 1.
septembre 2002. S. Barbut a ainsi pu bénéficier d’une période de transition avec S. Dousset
qui ne prenait sa retraite que 6 mois plus tard.
En l’espace de deux ans, 40% du personnel technique et administratif aura ainsi été
renouvelé. Malgré la rotation très forte et les adaptations que cela implique, l’arrivée de
nouveaux agents aura été l’occasion de rafraîchir certains aspects de notre organisation
collective, ce qui est toujours positif.
Néanmoins, le point noir actuel est la situation de l’atelier d’électronique. En effet, à
partir du départ de C.T. Nguyen de l’équipe HOTES, nous avions réfléchi à une certaine
réorganisation conditionnée par la récupération des postes perdus. O. Lopez, IE CNRS,
responsable de l’atelier d’électronique depuis 20 ans, souhaitait être affecté à l’équipe
HOTES, ce qui rejoint les besoins de cette équipe. Dans ces conditions, le poste d’IR
CNRS pouvait être affecté au nouveau projet Nanochrome. Quant au poste de responsable
de l’atelier d’électronique, nous comptions sur le poste de l’Université laissé vacant par
Solange Dousset pour recruter un ingénieur d’étude en électronique. Malgré le tout petit
nombre d’IATOS au laboratoire (aujourd’hui 2,2 agents + un CDD en électronique se
terminant en décembre 2004 pour 23 enseignants-chercheurs), l’Université ne nous offre à
ce jour aucune garantie de conserver le poste statutaire équivalent à celui d’un IE. Or, seul
un poste de ce niveau peut assurer un fonctionnement satisfaisant de l’atelier, compte tenu
de l’arrivée programmée d’un AI CNRS. Nous appelons de nos vœux à ce que l’Université
trouve une solution durable à la situation incertaine de l’atelier d’électronique qui joue un
rôle essentiel dans le développement de projets expérimentaux de plus en plus
sophistiqués.
- 10 Laboratoire de Physique des Lasers - Université PARIS 13 – CNRS UMR7538
Si la résolution des difficultés de l’atelier d’électronique relève de l’urgence, d’autres
manques en personnels ITA/IATOS existent au laboratoire. Le secteur où ce déficit est le
plus criant concerne l’atelier d’informatique. Nous disposons d’un IE en informatique qui
doit faire face à une multiplicité de sollicitations quotidiennes qui ne vont que croissantes.
Ces tâches indispensables mais qui, bien souvent, ne relèvent pas de son niveau de
compétence l’empêchent de se consacrer à de vrais projets informatiques, par exemple, la
réalisation d’une base de données des publications du laboratoire accessibles en ligne. Le
recrutement d’un Assistant Ingénieur serait de nature à rééquilibrer le fonctionnement de
cet atelier : c’est la priorité du laboratoire.
Enfin, le laboratoire accorde une attention particulière à la formation de ses personnels
mais je tiens à souligner que plusieurs agents contribuent à des missions d’intérêt général.
Je pense à Olivier Lopez qui est l’un des animateurs du Réseau National des Electroniciens
du CNRS. et à Thierry Billeton qui a été à l’initiative de la création du Réseau des
Opticiens du CNRS.
Formation à et par la recherche
Le laboratoire a poursuivi une politique active de formation à et par la recherche. Il
partage le pilotage du DEA « Lasers, Métrologie, Communications » avec le CNAM et
participe aux enseignements du DEA « Laser et Matière » de Paris XI. Inséré au sein de
l’école doctorale de Galilée, il possède une solide tradition de formation de doctorants.
Toutefois, il faut souligner que depuis quelques années, le laboratoire subit de façon
frontale le nouveau mode d’attribution des bourses par l’intermédiaire de l’école doctorale.
Les chiffres sont éloquents : pendant la période 91-98, le laboratoire a recruté en moyenne
4,25 nouveaux doctorants par an. Sur la période 99-03, l’école doctorale n’a pu nous
attribuer que 2 bourses par an, soit au final un taux de recrutement annuel de 2,6
doctorants. Ce chiffre est manifestement sous-critique : il ne reflète en rien le potentiel
d’encadrement du laboratoire et la variété des sujets de recherche que nous sommes en
mesure de proposer ; il pèse lourdement sur le potentiel de recherche du laboratoire. C’est
à mon sens le handicap majeur dont souffre le laboratoire aujourd’hui.
Les moyens matériels
Les crédits récurrents du laboratoire suffisent à peine à assurer le fonctionnement des
équipes du laboratoire. Ils n’ont pratiquement pas évolué depuis dix ans en euros courants.
Environ 50 % de ces crédits sont distribués aux équipes selon une formule prenant en
compte le nombre de chercheurs et le taux d’encadrement. 25 % relève soit du
fonctionnement général, soit d’achats à usage commun. Les 25 % restants sont répartis en
fonction de demandes argumentées par les équipes.
En fait, les crédits non récurrents sont devenus la part largement dominante des
ressources du laboratoire. En progression constante, cette année ils représentent plus des
2/3 de nos crédits. Les origines de ces crédits relèvent très largement du secteur public
(Europe, Etat, collectivités). L’obtention de ces crédits influence grandement la politique
scientifique du laboratoire ; ils sont bien souvent le fruit de réponses à des appels d’offre
des équipes ou du laboratoire lui-même. Pas un nouveau projet ne peut être lancé sans
l’obtention de tels crédits spécifiques.
En conclusion
Le rapport scientifique qui suit témoigne, nous semble-t-il, de la vitalité et de
l’originalité de nos thèmes de recherche. Il met en évidence plusieurs évolutions et
- 11 99, Av. Jean Baptiste Clément - 93430 VILLETANEUSE
inflexions avec plusieurs thématiques se rapprochant des interfaces. L’insertion et la
reconnaissance du laboratoire dans ses communautés institutionnelles et scientifique sont
solides et harmonieuses.
Christian Chardonnet.
Rapport des équipes
Atomes froids. Applications à la métrologie et à l’interférométrie atomique - AF
I.1.2
I.1.2.A Atomes froids. Applications à la métrologie et à l’interférométrie atomique AF
Responsable :
Membres permanents :
Doctorants :
J-C. Keller (Professeur des Universités).
R. Barbé (Professeur des Universités),
O. Gorceix (Professeur des Universités),
E. Maréchal (Chercheur bénévole),
J-L. Bossenec (Allocataire MENRT, thèse soutenue en
septembre 2000),
T. Miossec (Allocataire MENRT depuis septembre 2000).
I.1.2.A.1 Présentation générale
Dans la période correspondant au précédent rapport, notre équipe a introduit les
techniques de refroidissement laser au Laboratoire de Physique des Lasers en construisant
une source d’atomes froids de césium (piège magnéto-optique PMO contenant ≈ 108
atomes à T ≈ 6 µK). Cette source a été utilisée dans différentes expériences en optique
atomique (effet Stern-Gerlach longitudinal, focalisation longitudinale avec une lentille
magnétique pulsée) et en interférométrie atomique de polarisation (précession de spin,
écho de spin, interférométrie Stern-Gerlach). Au cours de la période 2000-2002, nos efforts
expérimentaux ont porté principalement, dans le cadre de la thèse de Tangi Miossec, sur
l’étude des lentilles magnétiques pulsées (focalisation transverse 2D, focalisation 3D).
Nous avons également dépouillé complètement et publié les résultats du montage
« corrélateur à ondes de matière » et réalisé de nouvelles expériences en interférométrie
Stern-Gerlach (observation de franges spatiales, interféromètre fermé). L’expérience
césium n’a que très peu progressé en 2003 pour des raisons conjoncturelles exposées cidessous mais surtout parce que beaucoup de temps et d’efforts ont été consacrés à la
préparation du projet de refroidissement d’atomes de chrome (projet NANOCHROME).
a) Optique et interférométrie atomique avec des atomes froids de césium
1 Interférométrie atomique de polarisation
Corrélateur à ondes de matière
Nous utilisons un interféromètre de type Stern-Gerlach dans une configuration d’écho
de spin. Les atomes de césium sont préparés dans l’état magnétique MF = 4 de l’état
fondamental F = 4 par pompage optique. Au cours de leur chute dans le champ de
pesanteur les atomes sont soumis à une séquence d’impulsions de champ magnétique (π/2π-π/2) dont la durée typique est quelques ms. Les impulsions π/2 créent des superpositions
cohérentes des différents sous-niveaux magnétiques et l’impulsion π renverse les signes
des déphasages magnétiques et permet de s’affranchir des inhomogénéités du champ
magnétique. A l’aide de notre analyseur Stern-Gerlach en temps de vol, nous mesurons la
population totale de l’état MF = 4 à la sortie de l’interféromètre. Si, pendant la séquence,
on soumet de plus les atomes à un gradient de champ magnétique longitudinal b, la force
magnétique Stern-Gerlach sépare les centres des paquets d’ondes atomiques correspondant
aux différents sous-niveaux magnétiques. En faisant varier la valeur du gradient b, on
enregistre des franges d’interférences. Entre deux maxima successifs dans le signal
d’interférence, la séparation spatiale longitudinale a varié d’une longueur d’onde de de
Broglie. Quand on augmente la valeur du gradient appliqué, le contraste des franges
diminue. Les franges disparaissent quand la séparation des paquets d’ondes devient plus
grande que la longueur de cohérence de la source. La largeur de la courbe de visibilité des
franges est proportionnelle à cette longueur de cohérence. Nous disposons ainsi d’un
véritable « corrélateur à ondes de matière ». Nous avons testé ce dispositif en faisant varier
la longueur de cohérence de notre source atomique soit en réchauffant le nuage (par
réduction de la durée de la phase mélasse) soit en utilisant la lentille magnétique en
« monochromateur à ondes de matière » (refroidissement ou réchauffement 1D selon la
valeur du courant dans la bobine). Dans l’une et l’autre situation, la longueur de cohérence
C
z
1
∆ z
0
Β
Α
-1
π/2
π
T1
T1
π/2
t
Population m F=4
0,6
0,4
0,2
0,0
-20.0
0.0
gradient (µΤ/cm)
20.0
Fig. 1 Corrélateur à ondes de matière - Interférométrie atomique Stern-Gerlach
et mesure de la longueur de cohérence de la source atomique.
mesurée est en très bon accord avec, selon le cas, les mesures par temps de vol ou les
résultats des simulations numériques.
Observation de franges spatiales
Dans les expériences décrites au paragraphe précédent, on mesure le signal
correspondant à des atomes sortant de l’interféromètre dans l’état MF = 4,
indépendamment de leur vitesse initiale. C’est la dispersion de ces vitesses qui conduit au
brouillage des franges quand le gradient de champ magnétique augmente. Nous avons
réalisé une expérience complémentaire d’interférométrie atomique Stern-Gerlach en
configuration d’écho de spin qui permet d’observer des franges spatialement. En adoptant
un point de vue un peu différent du précédent, on peut considérer le nuage atomique
comme une source d’ondes de matière spectralement large. Après traversée de
l’interféromètre le spectre correspondant présente des cannelures (maxima et minima de
densité atomique selon la valeur de la longueur d’onde de de Broglie). Pour observer ces
cannelures, il faut disposer d’un système dispersif pour les ondes de matière considérées.
Cette dispersion est assurée (de manière imparfaite) dans notre expérience par le temps de
vol entre la sortie de l’interféromètre et la zone de détection.
Pour des valeurs de gradient environ 10 fois plus grandes que dans l’expérience
précédente, nous avons observé quelques franges spatiales dont la séparation longitudinale
est millimétrique. Ces franges sont observées soit directement sur une image de
fluorescence des atomes MF = 4 avec une nappe de lumière laser résonnante et un caméra
CCD intensifiée, soit en temps de vol. Dans ce dernier cas, l’image correspondant à chaque
MF présente des franges d’interférences et le contraste est plus élevé.
Interféromètre de Sten-Gerlach fermé et capteur inertiel
En utilisant une séquence de double écho de spin (π/2–T–π –2T–π–T–π/2), les
trajectoires atomiques classiques sont recombinées à la fin de la séquence, même en
présence d’un gradient de champ magnétique (interféromètre Stern-Gerlach longitudinal
fermé). Dans ces conditions, la phase magnétique accumulée selon les différents chemins
est la même mais le dispositif est sensible au potentiel gravitationnel.. En faisant varier le
gradient de champ magnétique, nous avons pu observer la réapparition de franges dans une
telle expérience de double écho de spin. Malheureusement, la phase et la période des
franges observées ne sont manifestement pas liées au potentiel gravitationnel. Différents
tests ont été réalisés (diminution du temps de montée des pulses de champ magnétique,
augmentation de la valeur du champ magnétique de quantification,…) sans pouvoir,
jusqu’à présent, identifier clairement l’origine précises des signaux observés. Des
simulations détaillées, prenant en compte la configuration réelle de l’expérience et les
améliorations réalistes que l’on peut y apporter, permettront sans doute de conclure quand
à la possibilité réelle de réaliser un gravimètre en utilisant un interféromètre de ce type.
2 Lentilles magnétiques pulsées pour atomes
Rappel – Modification du montage
Nous avons montré précédemment que la traversée par les atomes au cours de leur chute
d’un profil de champ magnétique longitudinal parabolique dont on peut faire varier la
courbure, la durée d’application et l’instant d’application, permet de focaliser
longitudinalement le nuage ou bien de réduire sa dispersion de vitesse longitudinale. Nous
avons mis en évidence l’effet d’une telle lentille magnétique pulsée en mesurant par temps
de vol, à l’aide de faisceaux laser sondes résonnants, la dimension du nuage à deux
altitudes différentes sous le PMO. La collimation longitudinale du nuage, c-à-d la
réduction de la dispersion de vitesse longitudinale, est également accessible à travers
l’augmentation de la longueur de cohérence correspondante dans une expérience
d’interférométrie Stern-Gerlach (voir ci-dessus).
Nous avons modifié notre montage expérimental pour obtenir directement une image du
nuage. Ce dernier est éclairé par une nappe de lumière laser résonnante peu intense
disposée 95 cm sous le PMO. L’image de la fluorescence du nuage est formée par un
objectif et est détectée par une caméra CCD intensifiée. L’éclairement laser et la mise sous
tension de l’intensificateur sont synchronisés avec le passage du nuage d’atomes.
Ce nouveau mode opératoire nous a tout d’abord permis d’observer directement la
focalisation longitudinale du nuage qui est alors mis en forme de « galette » aplatie
perpendiculairement à la direction de chute verticale.
Focalisation transverse 2D
Le champ magnétique utilisé dans nos expériences est produit par une simple bobine
circulaire d’axe vertical qui est alimentée en courant lorsque les atomes passent au
voisinage de son centre. Dans cette région, la variation parabolique du potentiel
magnétique longitudinal, de courbure C, s’accompagne d’une variation transverse
parabolique dont la courbure est de signe opposé à celui de C. La focalisation longitudinale
s’accompagne donc dans ce cas d’une défocalisation transverse. Le changement du sens du
courant dans la bobine atomique sélectionné, permet d’obtenir une focalisation transverse
a
b
c
Fig. 2 Images de la fluorescence du nuage observées 95 cm sous le PMO.
a – Nuage non focalisé
b – Nuage focalisé transversalement (focalisation 2D)
c – Nuage focalisé longidudinalement et tranversalement (focalisation 3D).
du nuage (focalisation 2D). La forme du nuage est alors celle d’un cigare allongé selon la
direction verticale (voir Fig. 2b).
Focalisation 3D
En combinant (dans le domaine temporel) deux lentilles de convergence opposées (Fig.
3) et en ajustant convenablement les paramètres du montage, on peut obtenir à la fois la
focalisation transverse et la focalisation longitudinale dans la zone d’observation (Fig. 2c).
Ceci est illustré schématiquement par les diagrammes (z,t) et (x,t) sur la Fig. 3. Notons
que, en général, le grandissement longitudinal et le grandissement transverse ne sont pas
égaux.
L’interaction utilisée étant conservative, la réduction de la dimension du nuage à l’aide
des lentilles magnétiques s’accompagne nécessairement d’une augmentation des largeurs
des distributions de vitesse (conservation du volume dans l’espace des phases). Pour
observer les effets de collimation du nuage, il faudrait réaliser des images de fluorescence
à différentes altitudes sous les lentilles.
3 Développements récents
Les travaux réalisés précédemment dans le cadre de la thèse de Tangi Miossec n’ont été
que partiellement finalisés, ce dernier ayant de fait décidé, pour des raisons personnelles,
de quitter le laboratoire sans achever les expériences et sans rédiger son mémoire.
Un article, regroupant les résultats concernant la focalisation 2D et 3D du nuage
d’atomes froids à l’aide de lentilles magnétiques pulsées a cependant pu être rédigé et
publié.
Suite à un incident majeur sur la cellule de verre servant à l’observation par imagerie de
fluorescence du nuage focalisé, nous avons dû remplacer cette cellule. Ce remplacement a
provoqué un certain nombre d’incidents « techniques » qui nous ont privés d’atomes froids
pendant une longue période. Ce n’est qu’assez récemment que nous avons pu, grâce à
l’intervention efficace, mais à temps partiel, d’un jeune chercheur bénévole (E. Maréchal),
disposer de nouveau d’un montage expérimental opérationnel.
Fig. 3 Diagrammes (z,t) et (x,t) représentant respectivement la focalisation
longidudinale et la focalisation transverse du nuage atomique à l’aide d’un
ensemble de deux lentilles magnétiques pulsées.
Un certain nombre de simulations numériques ont été réalisées en vue de mettre en
œuvre des structures de champs magnétiques plus complexes que celles utilisées
précédemment afin d’obtenir « directement » une focalisation 3D et/ou de très petites
images atomiques.
Des bobines spécifiques et des sources de courant pulsées adaptées à ces nouveaux
dispositifs ont été réalisées et devrait être testées prochainement avec les atomes froids.
Les aberrations qui risquent d’apparaître si on prétend focaliser fortement des nuages de
« grande dimension » pourront être étudiées.
Le nouveau montage devrait également permettre l’observation de franges atomiques
spatiales dans des conditions plus satisfaisantes que précédemment.
Publications et communications AF
I.1.2.A.2 Publications et communications AF
a) Articles dans des revues avec comité de lecture (ACL)
ACL1
MIOSSEC T., BARBÉ R., KELLER J-C. and GORCEIX O.,
Pulsed magnetic lenses for producing intense and bright cold atom beams,
Optics Communications 209, 349-362, (2002).
ACL2
GORCEIX O., MARÉCHAL É., GUIBAL S., LONG R., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R. and
KELLER J-C.,
Atom Optics and Atom Polarization Interferometry using Pulsed Magnetic Fields,
Atomic and Molecular Beams - State of the Art 2000, chapitre I.4, 95-103,
R. Campargue éd. Springer-Verlag, (2001).
ACL3
MARÉCHAL E., LONG R., MIOSSEC T., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R., KELLER J-C. and
GORCEIX O.,
Atomic spatial coherence monitoring and engineering with magnetic fields,
Physical Review A, 62, 053603-1 053603-4, (2000).
ACL4
MARÉCHAL É., GUIBAL S., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R., KELLER J-C. et GORCEIX O.,
Optique atomique magnétique pulsée,
Journal de Physique 4 - Proceedings, (actes de COLOQ’6), 10, 211-212, (2000).
ACL5
GORCEIX O., MARÉCHAL É., LONG R., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R.et KELLER J-C.
Interférométrie atomique de polarisation avec des atomes froids,
ACL6
DENEVA M., NENCHEV M., BARBÉ R. and KELLER J-C.,
Unidirectional ring Ti3+:Al2O3 laser generation at the wavelength of an atomic absorption line by
bi-directional passive self-injection locking,
Applied Physics Letters, 76, 131-133, (2000).
b) Communications sans actes (COM)
1 Orales
COM1
GORCEIX O., MIOSSEC T., BARBÉ R. and KELLER J-C.,
Magnetic atom optics in space
HYPER Project meeting,
Florence, Italie, (février 2001).
COM2
KELLER J-C., MIOSSEC T., BARBÉ R. et GORCEIX O.,
Gravimétrie par interférométrie atomique,
Journées du GDR Gravitation et Expérience,
Grasse, France, (octobre 2000).
COM3
Atom interferometry with pulsed magnetic fields,
ATOPIS (ATOmic Physics In Space),
European Space Agency Task Force Meeting,
COM4
GORCEIX O., MIOSSEC T., CASTILLON G., BARBÉ R. et KELLER J-C.,
A Galilean Atomic Telescope,
CLEO® International Quantum Electronics Conference, IQEC 2000,
Nice, France, (septembre 2000).
COM5
GORCEIX O., MARÉCHAL E., MIOSSEC T., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R. et KELLER J-C.,
Coherence monitoring with magnetic fields,
Publications et communications AF
2 Posters
COM6
MIOSSEC T., BARBÉ R., KELLER J-C. et GORCEIX O.,
L'imagerie tridimensionnelle en optique atomique,
COLOQ'7, 7ème colloque sur les Lasers et l'Optique Quantique,
Rennes, France, (septembre 2001).
COM7
Atomic interference fringes from a reversibleStern-Gerlach apparatus,
International Workshop "Quantum Gases",
Insel Reichenau, Allemagne, (juillet 2001).
COM8
2D and 3D imaging of atomic bunches,
COM9
BOSSENNEC J-L., MIOSSEC T., GORCEIX O., BARBÉ R. et KELLER J-C.,
Dopplerless spectroscopy of 6s - 8p transitions at 389 nm in cold atomic cesium,
COM10 MIOSSEC T., MARÉCHAL E., LONG R., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R., KELLER J-C. et
GORCEIX O.,
Temperature measurements by magnetic atom interferometry,
6th Workshop on Atom Optics and Atom Interferometry,
Cargèse, France, (juillet 2000).
c) Ouvrage scientifique (ou chapitre) (OS)
OS1
KELLER J-C.,
Atomic and Molecular Beams - State of the art 2000, chapitre I.4, 95-104,
Interférométrie et optique atomiques – IOA
Responsable :
Doctorants :
Collaboration interne :
J. Robert (Professeur des Universités).
C. Mainos, F. Perales, G. Vassilev (Maîtres de Conférences),
J. Baudon (Professeur Emérite),
J. Reinhardt (Professeur des Universités, chercheur bénévole),
J-C. Karam (Allocataire MENRT depuis septembre 2001),
M. Boustimi (thèse soutenue en septembre 2000),
B. Viaris de Lesegno (thèse soutenue en décembre 2000).
Equipe OCR, M. Ducloy et D. Bloch.
Collaborations extérieures : H. Haberland (Université de Freiburg, Allemagne),
V. Aquilanti (Université de Perugia, Italie),
F.Vecchiocattivi (Université de Perugia, Italie),
F. Pirani (Université de Perugia, Italie),
B. Labani (Université de Marrakech, Maroc),
A. Semlali (Université de El Jadida, Maroc),
J.P. Vigneron (Université de Namur, Belgique),
S. Nic Chormaic (Université de Cork, Irlande),
Bocvarski (Institut de Physique Belgrade),
Th. Durt (TENA, VUB, Bruxelles, Belgique),
J.C. Guillot (LAGA, Université Paris 13),
C. Cohen Tannoudji (LKB, ENS Paris),
M. Leduc (LKB, ENS Paris),
F. Pereira dos Santos (LHA, Paris),
P. Feron (ENSSAT, Lannion),
G. Rahmat (LAC, Orsay),
F. Hasselbach (Université Dübingen, Allemagne).
Liens avec la communauté scientifique :
Membre du GDR « Gravitation et expériences »,
Membre du réseau européen « Fastnet ».
I.1.2.B.1 Présentation générale
Au cours des 20 dernières années le groupe IOA a étudié les thèmes suivants : (i)les
collisions en jets moléculaires croisés aux énergies thermiques atome atome et atome
molécule avec ou sans réactivité, (ii) les collisions atomes surface avec ou sans forces
radiatives, (iii) l’interférométrie atomique Stern Gerlach.
Dans toutes ces études, les projectiles impliqués ont été des espèces métastables
atomes de gaz rares ou d’hydrogène, les énergies mises en jeu thermiques, les jets soit
effusifs soit supersoniques. Nous nous sommes orientés vers les études fines de la
dynamique notamment à l’influence de la polarisation Zeeman des atomes sur les
processus élastiques ou inélastiques observés par sélection ou analyse laser.
Les activités du groupe IOA se sont recentrées ces dernières années autour de deux
thèmes expérimentaux : l’interférométrie Stern Gerlach et les interactions de van des
Waals entre un atome métastable et une surface.
Pour l’interférométrie Stern Gerlach (I.1.2.B.2) nous avons transposé complètement
la méthode aux atomes métastables d’argon en l’associant aux méthodes d’imagerie du
profil du faisceau.
L’étude des interactions de van der Waals (I.1.2.B.3) s’est poursuivie avec des
réseaux nano ou micro structurés. Nous avons employé comme projectiles des métastables
d’atomes de gaz rares et aussi de molécules d’azote. Nous avons étudié tant la partie
diagonale que non diagonale de l’interaction.
Ces activités expérimentales n’ont pas été les seules des membres de notre groupe : F.
Perales a effectué un stage au laboratoire Kasler Brossel d’octobre 1998 à 2001, au cours
duquel il s’agissait d’obtenir un Condensat de Bose Einstein d’atomes métastables
d’hélium. Depuis janvier 2001, C. Mainos a rejoint notre groupe. Cet apport nous a permis
de renforcer la collaboration, initiée au cours du séjour post doctoral de M. Boustimi à
Pérugia, avec le groupe de F. Pirani, sur des expériences d’interférométrie Stern Gerlach
avec des molécules.
Du point de vue théorique, d’une part, M. Boustimi a prolongé ses études sur
l’interaction de van der Waals sur les systèmes atomiques ou moléculaires au voisinage
d’une surface. D’autre part, nous nous sommes associés avec J.C. Guillot pour reprendre
les bases de la théorie des atomes en mouvement dans un champ électromagnétique. afin
de tenter de comprendre des résultats non interprétés, et sujets à controverse, sur l’émission
spontanée des atomes en sortie d’un interféromètre,
I.1.2.B.2 Interférométrie Stern Gerlach avec un jet supersonique d’atomes d’argon
métastables
a) Présentation
La thèse de Bruno Viaris de Lesegno a été consacrée à la transposition de
l’interférométrie Stern Gerlach à un jet supersonique d’atomes d’argon métastable. Notre
projet était de pouvoir rendre plus manifestes les résultats obtenus avec les atomes
métastables d’hydrogène. Cette transposition a eu lieu avec succès, nous avons obtenu des
figures d’interférence atomiques et même mis en évidence un effet de phase géométrique
sur un atome de spin 2. Cependant les résultats étaient très difficiles à interpréter de
manière quantitative et nous nous sommes donc attachés depuis à comprendre le plus
précisément possible les figures d’interférences.
b) Effort expérimental
Cette méthode d’imagerie nous a ouvert la voie vers une meilleure connaissance de
l’influence de la géométrie sur les signaux obtenus. L’uniformité transverse de l’interaction
entre le jet atomique et les lasers de polarisation et d’analyse de même que l’uniformité des
zones de Majorana a pu être testée avec un jet d’atomes d’argon rendus rapides par
ensemencement dans de l’hydrogène. Nous avons pu ainsi corriger tous les problèmes
d’alignement qui nuisaient à l’obtention de figures de modulation du profil transverse du
jet bien contrastées, bien contrôlées et reproductibles.
Pour ce faire nous avons implanté, en plus de la méthode de détection usuelle du flux
total du jet une méthode de détection par imagerie du profil transverse du jet atomique.
Nous pouvons dès lors suivre quasiment en temps réel l’évolution des profils du jet alors
que celui ci traverse l’interféromètre de Stern Gerlach et notamment visualiser les
modulations crées dans ce profil, lorsque dans l’interféromètre est inséré un champ
magnétique à gradient.
c) Description du montage expérimental
Cet interféromètre de Stern Gerlach est dédié à un jet supersonique d’atomes d’argon
Ar*(3p54s,3P2). La largeur de la distribution de vitesse est de 8%. Afin de mieux
comprendre le fonctionnement, de ce système et notamment sa robustesse, nous avons
utilisé ce jet dans deux régimes : avec de l’argon pur où la vitesse moyenne est de 550 m/s,
avec de l’argon ensemencé dans de l’hydrogène moléculaire où alors la vitesse moyenne
est de 1645 m/s. Les atomes dans le niveau métastable 3P0 ne sont pas affectés par
l’interféromètre. Nous nous sommes contentés de soustraire des signaux obtenus leur
contribution qui reste constante. La sélection des sous-niveaux Zeeman entrants
(polarisation) ou sortants (analyse) est réalisée avec des transitions induites par laser à
deux longueurs d’onde, 811 nm (transition fermée J=2 vers J=3) à l’entrée et 801 nm
(transition ouverte J=2 vers J=2) en sortie, qui laisse passer les atomes métastables dans le
seul sous niveau Zeeman m=0. Les superpositions linéaires des niveaux Zeeman, en sortie
du polariseur et à l’entrée de l’analyseur sont produites par deux zones où la configuration
du champ magnétique est telle que des transitions de Majorana puissent s’y produire. Entre
ces zones une configuration de champ magnétique contrôlée, l’objet de phase, est crée dans
un triple blindage de µ-métal. Les figures d’interférence standard sont obtenues en
balayant l’intensité du champ magnétique et en détectant les atomes via l’émission
d’électrons secondaire d’une plaque à effet Faraday. On observe par imagerie le profil
transverse du jet avec un détecteur à position. Il est constitué par une galette de micro
canaux suivie d’un écran au phosphore et d’une camera CCD. Le tout nous permet
d’obtenir des image avec une résolution de 80µm. Quand, dans l’objet de phase, un profil
de champ homogène est employé on ne constate pas de modulation apparente du profil
transverse du jet. Quand un gradient de champ radial est employé le profil du jet est alors
modulé par interférence. On peut déplacer en bloc la figure de modulation en ajoutant un
champ homogène qui déplace la ligne de zéro du champ magnétique. Ces résultats sont
conformes aux prédictions théoriques.
d) Résultats
Les résultats obtenus sont montrés à titre d’illustration.(Fig. 4) Ils rendent désormais
plus crédible une discussion sur l’emploi de cette modulation à des fins de lithographie
atomique. Nous avons montré aussi que la robustesse de la méthode décroît avec la vitesse
des atomes, puisque alors la phase se met à s’accumuler très vite ce qui confère une
sensibilité très importante à tout l’environnement magnétique. Les résultats obtenus avec
les atomes d’argon rapides sont bien plus difficiles à obtenir avec des atomes thermiques
trois fois plus lents.
I.1.2.B.3 Interaction de van der Waals d’atomes et de molécules avec des surfaces
solides micro- et nano-structurées
a) Présentation générale
L’interaction à moyenne distance (1 nm à quelques 102 nm) d’atomes ou de molécules avec
des surfaces solides (diélectriques ou métalliques) structurées à échelle d’une fraction de
micron est essentiellement de type van der Waals. En effet le potentiel répulsif ou l’effet de
chimisorption pouvant, selon les espèces, apparaître aux petites distances en sont exclus, aussi
bien que les effets de retard, du type
Casimir-Polder, qui apparaissent quant à eux aux grandes distances. Bien que déjà
abondamment étudiée, l’interaction de van der Waals réserve encore bien des surprises,
d’abord quand on considère des solides - ou des structures portées par ces solides - de petite
taille (effets de courbure positive ou négative, effets de cellule mince (cf. groupe OCR), effets
de non-localité dans la réponse d’un métal), ensuite quand on fait intervenir des atomes ou des
molécules excités, l’interaction pouvant alors prendre des formes très inhabituelles
(résonances avec des modes propres du solide, caractère non-diagonal induisant des
transitions atomiques ou moléculaires).
b) Études théoriques
Toutes ces études ont été faites en étroite collaboration avec M. Boustimi (Laboratoire
d’Optronique, ENSSAT, Lannion). Une amélioration récente a été apportée récemment
aux méthodes traditionnellement utilisées dans le traitement de la réponse d’un solide
mésoscopique, réponse supposée quasi-statique, linéaire mais non locale en général
(méthode RPA, random phase approximation, méthode des propagateurs du champ,…). En
partant d’un développement des potentiels sur les modes propres caractéristiques de la
symétrie du problème, on aboutit à une discrétisation des moments, les grandeurs
cherchées étant alors données par des sommes discrètes dont le calcul est laborieux. Or il a
été établi par M. Boustimi que de telles sommes sont exactement calculables. Qui plus est,
le résultat est alors analytique. Cela simplifie considérablement l’évaluation des grandeurs
cherchées (énergie d’interaction, absorption optique, etc…) tout en garantissant la validité
des résultats. La méthode a été appliquée avec succès à une grande variété de systèmes :
atome ou molécule au voisinage d’une nano-sphère métallique (effet arc-en-ciel), ou à
l’intérieur d’une bulle (états atomiques liés, à l’intérieur d’une molécule C60), absorption
optique d’une nano-sphère de sodium (où l’on retrouve les effets dus aux plasmons de
surface et de volume), atome ou molécule en présence d’un nano-fil métallique (effet arcen-ciel “ cylindrique ”, alignement rotationnel de molécules N2), propriétés optiques de
nano-fils. Les études prochaines porteront sur les nano-tubes pour lesquels existent
aujourd’hui de nombreuses données expérimentales.
c) Etudes expérimentales
Ces études, qui, bien que déjà démonstratives, pouvaient apparaître encore balbutiantes
dans le précédent rapport d’activité, se sont considérablement développées, grâce à
l’emploi de réseaux par transmission, comportant des fentes micrométriques (réseau de
cuivre) ou nanométriques (réseau de nitrure de silicium). Les atomes ou les molécules
utilisés sont dans un état électronique excité métastable (par exemple : Ar*(3P0,2),
N2*(A3Σu+)). Différents processus dans lesquels se manifeste l’interaction de van der
Waals ont été étudiés. Avant d’entrer dans le détail, il est important de remarquer que, du
fait que les espèces métastables sont désexcitées aux petites distances (≤ quelques 0.1 nm),
l’état de la surface à l’échelle atomique a peu d’importance. Il en résulte une grande
simplicité expérimentale : on peut en effet se contenter de surfaces “ ordinaires ” et d’un
vide bon mais relativement peu poussé (quelques 10-7 mBar). Dans toutes les études dont
la description va suivre, un même dispositif expérimental a été utilisé. Les espèces
métastables sont produites, à partir d’un jet thermique, par bombardement électronique
pulsé. Un système de double hachage (disque à fentes) produit une sélection de vitesse
(δv/v ≈ 8%) et les métastables diffusés sont détectés à un angle donné, par un détecteur
standard mais de très faible bruit (< 0.005 coup/s). Cette combinaison de l’analyse du
temps de vol et de l’angle d’émission permet d’identifier sans ambiguïté le processus
collisionnel et de l’isoler du signal de fond produit par divers processus parasites.
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Fig. 4 Modulation transverse d’un jet d’argon métastable (1650 m/s) par un interféromètre Stern Gerlach. A
gauche : image brute prise avec l’écran au phosphore, A droite coupe de l’image permettant d’apprécier la
profondeur de la modulation. Le champ magnétique croissant crée une modulation de plus en plus
marquée. Il laisse un trou central fixe dont la taille se réduit progressivement.
1 Collisions élastiques
Elles sont directement dues à la déflexion subie par les atomes ou molécules rasant les
surfaces solides et soumis de ce fait à l’interaction de van der Waals “ ordinaire ” (entendre
“ diagonale ”). Il en résulte que le faisceau émergeant du réseau est, à mi-hauteur, plus
étroit angulairement que le faisceau incident, son profil angulaire étant prolongé aux
grands angles (>2°) par une contribution d’atomes (ou de molécules) diffusés, inférieure à
l’intensité transmise de plusieurs ordre de grandeur. La mesure de la section efficace
différentielle donne accès à la constante de van der Waals.
2 Transition de structure fine dans Ar* (3P0 ↔ 3P2 + 175 meV)
Le terme de type quadrupolaire contenu dans l’interaction de van der Waals vient briser
la symétrie des états atomiques et induire des transitions. Dans le processus exothermique
(3P0 → 3P2), les lois de conservation énergie-impulsion font qu’un atome arrivant sur la
surface sous incidence rasante, avec une vitesse v0 ≈ 500m/s, en repart avec une vitesse
quasi double, en subissant une déflexion d’environ 60°. C’est ce que confirme l’expérience
DCS (arb.unit)
1200
1000
800
600
400
200
0
0
20
40
60
80
θ (deg.)
Fig. 5 Distributions angulaires inélastiques et effet de rugosité. Triangles :
réseau micrométrique ; croix : fente unique ; carrés : réseau
nanométrique.
en faisant toutefois apparaître une largeur angulaire finie, due essentiellement à la rugosité
des surfaces (dans le sens de la profondeur des fentes) (voir Fig. 5), le processus inverse,
endothermique, est lui aussi observé, avec évidemment un seuil pour la vitesse incidente (v
≥ 900m/s) et un effet de rugosité semblable au précédent.
3 Transition vibrationnelles dans N2*
Les mêmes types de processus exo- et endothermiques ont été observés avec des
molécules métastables N2*(A3Σu+) subissant, à cause de la dépendance de l’interaction en
fonction de la distance internucléaire, des transitions vibrationnelles (v + 1 ↔ v). Ici
encore se manifestent les effets de rugosité.
I.1.2.B.4 Réseau de diffraction rotationnel induit sur un paquet d’onde électronique
moléculaire
Ce travail théorique sur l’interaction entre un laser ultra rapide et des systèmes
moléculaires se concentre sur la possibilité de garder l’information de cohérence
rotationnelle indépendamment du mouvement de rotation des noyaux sur l’orientation de
l’axe moléculaire. Dans le cas des pulses lasers femto seconde, il n’est plus possible
d’observer la structure rotationnelle car la molécule est excitée dans un état de
superposition des niveaux de rotation : il y a un transfert de cohérence entre le pulse laser
et l’état moléculaire. Un des aspects qui se trouve lié à l’utilisation des lasers ultrabrefs est
le comportement très singulier de la “ polarisabilité d’une molécule individuelle“. Le
paquet d’onde ainsi formé contient des informations sur : la durée de l’interaction, le
nombre d’états excités et surtout l’orientation relative du système laser-molécule.
Il a été mis en évidence, dans le cas des molécules diatomiques ou des toupies
symétrique, une sensibilité aiguë entre l’orientation du vecteur polarisation de la lumière
incidente et l’axe de symétrie moléculaire. La section efficace se trouve dominée par un
facteur de chevauchement qui inclut l’orientation initiale de l’axe moléculaire et la
superposition cohérente des mouvements de rotation accessibles dans la largeur spectrale
du pulse. Ceci conduit à une généralisation aux états rovibrationnels du principe de Frank
Condon.
Il a été remarqué que l’on pouvait interpréter cette superposition cohérente comme un
réseau de diffraction pour la fonction d’onde électronique excitée, on obtient donc un
moment dipolaire électrique diffracté la fréquence de récurrence qui lui est associée est
égale au produit de la constante de rotation par le nombre d’états excités.
Ces travaux sont préparatoires à l’extension aux molécules voire aux agrégats de
l’interférométrie Stern Gerlach. La structure magnétique joue maintenant un rôle important
qui doit permettre, dans des cas de Hund bien choisis (cas b pour 02), de révéler les détails
de la dynamique intramoléculaire. La collaboration en cours avec F. Pirani de l’Université
de Perugia consiste à analyser, directement par interférométrie Stern Gerlach, le degré
d’alignement de molécules issues d’une expansion supersonique, résultat qui jusqu’à
présent est déduit indirectement d’expériences de collision.
Publications et communications IOA
I.1.2.B.5 Publications et communications IOA
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ACL27 MATHEVET R., ROBERT J., and BAUDON J.,
Genericity propertiy of comoving potentials,
Phys. Rev. A, 61, 033604-1 033604-5, (2000).
ACL28 BOUSTIMI M., BOCVARSKI V. ,VIARIS DE LESEGNO B. BRODSKY K., PERALES F.,
BAUDON J., and ROBERT J.,
Atomic interference patterns in the transverse plane,
Phys. Rev. A, 61, 033602-1 033602-6, (2000).
b) Articles dans des revues sans comité de lecture (SCL)
SCL1
BAUDON J., KARAM J-C., PERALES F., BOUSTIMI M., VASSILEV G., BOCVARSKI V.,
MAINOS C. and ROBERT J.,
Atom interferometer using van der Waals transitions as beam splitters,
Proc. of BPU-5,
Vrnjačka, Serbia and Montenegro, (août 2003).
SCL2
KARAM J-C., BAUDON J., PERALES F., DUCLOY M. and ROBERT J.,
A gravity field sensitive interferometer using van der Waals interaction induced transitions as
beamsplitters,
Proc. 38th " rencontres de Moriond on gravitationnal waves and experimental gravity ",
France, (2003).
SCL3
MATHEVET R., BRODSKY K., BOUSTIMI M., VIARIS DE LESEGNO B., GORLICKI M.,
PERALES F., REINHARDT J., BAUDON J. and ROBERT J.,
Atomic gradiometer with comoving fields,
France, (2000).
SCL4
BAUDON J. and ROBERT J.,
Nanolithographie par interferometrie atomique,
CNRS INFO 382, 11, (2000).
c) Communications sans actes (COM)
1 Posters
COM11 MAINOS C., PERALES F., BAUDON J., ROBERT J,
Orientational polarizability of rotationally-frozen molecules,
Interaction in ultracold gases, from atoms to molecules,
Heidelberg, Germany, (2003).
Molecular electron experiencing a diffraction grating induced by ultrafast multphoton exitation,
EPS-12: General conference. Trends in Physics,
Budapest, Hungary, (August 2003).
COM13 BOUSTIMI M., VIARIS DE LESEGNO B., BAUDON J., ROBERT J. and DUCLOY M.,
Atom symmetry break and level coupling in atom-surface van der Waals interaction,
IQEC'2000, 22th International Quantum Electronics Conference,
d) Conférences invitées (INV)
INV1
BAUDON J. et al.,
Atomic gravimeter,
Gravity and Experiments 2002,
Pise, Italie, (2002).
INV2
BPU-5,
INV3
beamsplitters,
38th " rencontres de Moriond on gravitationnal waves and experimental gravity ",
Les Arcs, France, (mars 2003).
INV4
BOUSTIMI M., BAUDON J., ROBERT J., PERALES F., BOCVARSKI V., REINHARDT J.,
MAINOS C. and DUCLOY M.,
Probing «in depth» surface corrugation by inelastic scattering of metastable atoms or molecules,
XIXth International Symposium on Molecular Beams,
Rome, Italie , (juin 2001).
INV5
ROBERT J.,
Interférométrie atomique à bras largement séparés,
Congrès du GDR Gravitation et Expériences,
INV6
VIARIS DE LESEGNO B., BOUSTIMI M., PERALES F., REINHARDT J., BAUDON J. and
ROBERT J.,
Stern Gerlach atomic interferences in the transverse plane,
Third international symposium " Modern Problems of Laser Physics ",
Novosibirsk, Russie, (july 2000).
e) Ouvrage scientifique (ou chapitre) (OS)
OS2
BOUSTIMI M., VIARIS de LESEGNO B., PERALES F., REINHARDT J., BAUDON J.,
in "Atomic Physics 17" (P. de Natale ed., AIP Conference Proceedings 551,
American Institute of Physics, New York), 478-487, (2001).
f) Brevet (B)
B1
BAUDON J., ROBERT J.,
Procédé et installation de nanolithographie par interférométrie atomique,
Demande de brevet n° 9912016 déposé le 27 septembre 1999 par l'Université Paris 13,
Demande internationale n° PCT/FR00/02664 déposée le 27 septembre 2000,
Entrée en phase nationale aux Etats-Unis en avril 2002.
Optique cohérente à résonance – OCR
Responsables :
Doctorant :
Chercheurs associés :
Stagiaires doctorants :
D. Bloch, M. Ducloy (Directeurs de Recherche, CNRS).
M. Fichet (Professeur des Universités),
A. Fischer (Maître de Conférence),
M.-P. Gorza (Maître de Conférence).
G. Dutier (Allocataire MENRT, thèse soutenue en sptembre
2003),
I. Hamdi (Allocataire MJENR, depuis septembre 2002).
S. Saltiel (DR Associé, février-juillet 2001),
A. Yarovitski, (CR associé, octobre-décembre 2000, septembredécembre 2001 et mars-août 2003).
P. Valente (3 mois, début 2002),
P. C. S. Segundo (1 année 2002-Avril2003).
I.1.2.C.1 Présentation générale
L'activité de l'équipe OCR a continué d'être pour l'essentiel consacrée à des recherches
sur les mécanismes fondamentaux à l'œuvre dans l'interaction à longue portée entre atome
et surface. Sur la dernière période (2000, mi-2003), nous avons approfondi l'étude des
effets de la dispersion de la surface, inévitables pour un matériau réel, qu'il soit
diélectrique, ou métallique ; ces effets permettent éventuellement l'obtention de modalités
résonnantes pour le couplage atome-surface. Nous avons également entrepris de nous
intéresser à des situations où l'excitation thermique de la surface n'est pas négligeable, ce
qui modifie alors, notamment en régime de champ proche, les effets du couplage de
l'atome avec le vide quantique, devenu sensible aux conditions aux limites imposées par la
paroi. Un autre point marquant de la période est l'introduction de cellules sub-microniques
de vapeur (réalisées en Arménie dans le groupe de D. Sarkisyan), ce qui offre à la fois un
nouvel outil de diagnostic, et introduit à la problématique de l'interaction d'un atome avec
une cavité à deux parois, voire à l'étude des modifications introduites sur l'interaction
atome-atome par un fort confinement.
Au delà de ces développements propres, des collaborations internes fortes sont à
signaler avec les équipes IOA et COMETA d'une part [participation commune à un réseau
européen de formation "FASTNet" (Field-Atom Surface Training Network), observation
de l'interaction de van der Waals non diagonale], et avec l'équipe VUV d'autre part,
notamment par l'implication de A. Fischer, en vue de développer des "lasers plastiques
bleus" (Plan PluriFormations de l'Université, avec la participation des chimistes de
l'Université). Parmi les collaborations extérieures, celle avec l'Arménie, déjà signalée cidessus, s'étend à des expériences de spectroscopie faites en Arménie même. Certains des
travaux théoriques sur l'interaction atome-nanostructures sont effectués en partenariat avec
l'Institut Lebedev de Physique (Moscou). Les collaborations bien ancrées avec l'Amérique
Latine –Uruguay et Brésil- se sont traduites par la participation à nos travaux, sur des
durées significatives, de jeunes chercheurs originaires de ces régions.
a) Couplage à longue distance d'un atome avec une surface dispersive
1 Généralités
Sur la période précédente, un résultat important de notre équipe avait été la
démonstration (thèse H. Failache, 1999) d'une interaction à longue portée répulsive entre
atome excité et surface diélectrique. Cette situation, à considérer comme exotique puisque
l'interaction de van der Waals est presque universellement attractive, était rendue possible
par une résonance entre modes de surface et transition atomique virtuelle.
L'interaction à longue portée entre surface et atome est généralement décrite comme
l'interaction entre les fluctuations quantiques du dipôle atomique et les fluctuations
"image" induites instantanément dans une surface réfléchissante. On sait que le modèle
d'image électrique d'origine électrostatique, avec sa dépendance en 1/z3 de l'interaction
atome-surface (z : distance atome-surface), peut être étendu aux fluctuations atomiques
dans la limite du champ proche, c'est-à-dire tant que z << λi, pour tout λi, où λi est la
longueur d'onde d'une des absorptions virtuelles autour desquelles se développent les
fluctuations dipolaires. Si la surface n'est pas un réflecteur idéal, le modèle électrostatique
se généralise par un simple "coefficient d'image électrique" en r = [ε-1]/[ε+1] (avec r ≤ 1 ,
et où ε est la permittivité diélectrique du milieu). Pour les fluctuations quantiques de
l'atome, la dispersion de la réponse de la surface (i.e. la dépendance en fréquence de ε) ne
peut être ignorée : elle est en effet inévitable d'après Kramers-Kronig et la causalité,
puisqu'il n'y a pas de matériau réel sans absorption. Cependant, comme ce sont des
fluctuations temporelles de l'atome qui explorent la réponse de la surface, la dépendance du
coefficient d'image r(ωi), avec la fréquence de la transition virtuelle ωi , est en général
assez douce, voire monotone pour un atome dans l'état fondamental : la réponse de surface
(Mavroyannis1963, MacLachlan1963-64) lisse les résonances qui apparaissent dans la
réponse spectrale de la surface. C'est seulement pour des états atomiques excités que des
contributions associées à l'émission virtuelle de l'atome sont à prendre en compte,
notamment pour des émissions en coïncidence avec une absorption résonnante de la
surface : le facteur d'image, gouverné par Re [ε(ωi)-1]/[ε(ωi)+1], n'est plus limité et
l'interaction, si elle est résonnante, peut être plus forte en valeur absolue qu'avec un
réflecteur idéal ; de plus, le signe de ce facteur d'image peut devenir négatif, induisant ainsi
une contribution répulsive dans l'interaction van der Waals. La largeur des résonances des
matériaux denses, très supérieure à celle des transitions atomiques, rend en fait non
exceptionnelles ces coïncidences. Cette réponse "géante" et répulsive de l'interaction peut
se comprendre ainsi : si une image électrique se construit de façon résonnante dans la
paroi, le processus est non instantané, et les fluctuations entre dipôle objet et dipôle image
sont corrélées, mais retardées, engendrant alors une réponse de signe quelconque, qui
dépend en fait de la forme de raie de Re [ε(ωi)-1]/[ε(ωi)+1]. L'interaction résonnante
atome-surface est alors assimilable à un couplage entre une émission virtuelle de l'atome et
une absorption virtuelle dans un mode polariton de surface (phonon de surface pour les
gammes d'énergie qui nous concernent ; il s'agirait d'un mode plasmon de surface dans des
situations plus énergétiques).
2 Travail complémentaire autour des expériences de réflexion sélective montrant
une interaction van der Waals répulsive ou résonnante.
Les expériences de démonstration d'une interaction de van der Waals répulsive avaient
été effectuées par spectroscopie de réflexion sélective sur la transition entre niveaux
excités de Cs 6P1/2 → 6D3/2 (λ=876 nm), après pompage sur la raie D1 aboutissant à une
population quasi- thermique sur Cs (6P1/2). La région sondée est typiquement située à ~100
nm de la paroi. La contribution en émission virtuelle 6D3/2 → 7P1/2, située à 12,15µm,
devient fortement dominante, et répulsive, en face d'une surface de saphir, comme le
montre la Fig. 6.
SAPPHIRE
15
10
5
0
-5
µm
-10
11.5
12.0
12.5
13.0
Fig. 6 Réponse spectrale d'une surface de saphir autour de la transition à 12,15 µm de Cs(6D3/2). En
pointillés, les réponses quasi-dispersives de la contribution réelle, en traits pleins, les réponses
dissipatives –quasi-absorptives- de la partie imaginaire. Les courbes résonnantes aux longueurs
d'onde les plus élevées (vers 12,2 µm) correspondent à la réponse du saphir à axe c perpendiculaire
à la fenêtre, les courbes résonnantes aux longueurs d'onde les moins élevées (vers 12,1 µm) à la
réponse du saphir à axe c parallèle à la fenêtre.
Il en est de même, dans une moindre mesure, en face d'une surface de YAG, alors qu'un
comportement typiquement non résonnant est observé en face d'une surface de silice
fondue. Des expériences complémentaires ont ensuite été entreprises sur la raie de
Cs 6P1/2 → 9S1/2 (λ=636 nm), en comparant surface de saphir en principe non résonnante,
et surface de silice, pour laquelle le polariton de surface, résonnant vers 8,5 µm, tombe en
coïncidence avec les raies d'émission virtuelle (6D3/2 → 8P1/2, 8P3/2) (respectivement à
8,36µm et 8,9 µm). Le dépouillement et l'interprétation fine (et "consistante") de toutes ces
expériences, qui sont souvent en accord avec la théorie à 30 % près, ont été poursuivis avec
divers raffinements permettant d'inclure différents effets spectroscopiques (modulations
diverses, élargissements angulaires, ...), ainsi que les effets de biréfringence du saphir, qui
sont discutés dans les sections suivantes (également Fig. 6).
3 Couplage dissipatif par transfert d'excitation
Le couplage résonnant de champ proche en 1/z3 entre une voie d'émission pour l'atome
et une absorption dans un mode de surface induit non seulement des déplacements van der
Waals forts ou répulsifs (effet des transitions virtuelles), mais ouvre aussi des voies de
désexcitation atomique. Cette contrepartie dissipative au couplage atome-surface, régie par
une dépendance en Im[ε(ωi)-1]/[ε(ωi)+1], bouleverse les taux de branchement observés
dans le vide : près d'une paroi, un atome est susceptible de transférer directement son
excitation au polariton de surface, selon une transition de désexcitation pour laquelle
l'émission spontanée d'un photon dans le vide peut être très improbable (infrarouge
profond par exemple). Nous avons ainsi montré, en reprenant un système "Cs(6D3/2)saphir" voisin de celui utilisé pour démontrer la répulsion van der Waals, que l'excitation
de Cs vers 6D3/2 était convertie en une population de Cs (7P), bien que l'émission
spontanée (à 12 µm, dans l'infrarouge lointain) soit négligeable. Nous avons pour cela
construit une expérience de réflexion sélective sur la raie 7P1/2-10D3/2 (λ = 1298 nm) entre
états non peuplés (Fig. 7), qui sonde le voisinage de la paroi vers 100-200 nm. A cette
distance, qui assure que l'observation est faite en régime de champ proche pour les
couplages avec le polariton à 12,15 µm, nous avons pu observer, au voisinage du saphir,
une population induite dans l'état 7P1/2 à partir de l'excitation vers 6D3/2. Ce transfert, non
observé si la paroi avoisinante est en silice, s'avère dominant à des distances relativement
faibles de la paroi, en vertu de sa dépendance en 1/z3, avec z la distance à la paroi. Ce
mécanisme de transfert paraît très général et essentiel pour comprendre le comportement
d'un atome excité dans sa phase finale d'"approche" vers une paroi. En effet, avec la
dépendance en 1/z3, il suffit que la surface soit optiquement absorbante, même faiblement,
à la longueur d'onde d'une des émissions virtuelles, pour que ces voies de désexcitation,
spécifiquement liées à la présence de la surface, deviennent dominantes.
10D3/2
1,298 µm
6 D3/2
7 P1/2
Transfert
12,15 µm
876 nm
6 P1/2
894nm
6 S1/2
Fig. 7 Schéma des niveaux de Cs. Le transfert 6D3/2 → 7P1/2 est induit principalement par la surface, et
observé sur la transition 7P1/2 → 10D3/2 entre états non peuplés, sauf par transfert.
Ces effets du couplage dissipatif, en plus d'induire des effets de population, comme un
"quenching" induit par la surface, ont une signature spectroscopique sur les transitions vers
Cs(6D3/2), que nous avions tenté d'inclure dans le dépouillement des spectres de réflexion
sélective de la transition 6P1/2→6D3/2, mais sans amélioration. C'est seulement récemment
que nous avons observé que près d'une surface de saphir, et pour une orientation cristalline
particulière (c//, qui favorise dans notre cas les effets dissipatifs par rapport au couplage
virtuel), il s'avère indispensable d'inclure cette contribution de transfert dissipatif, alors que
le modèle n'incluant que le déplacement van der Waals ne permet pas d'ajuster des spectres
théoriques aux formes expérimentales.
4 Effets d'anisotropie
Estimer les propriétés de résonance des surfaces est rendu délicat par les incertitudes
expérimentales qui entourent les valeurs tabulées des constantes optiques des solides. Ceci
est facilement illustré par l'importance des effets d'anisotropie, dans le cas où le milieu
dense à l'interface est optiquement biréfringent. Un travail théorique, reprenant la théorie
quantique de la susceptibilité linéaire, a permis de déterminer la contribution scalaire à
l'interaction de van der Waals pour un milieu anisotrope taillé de façon quelconque. Un
résultat intéressant, pour une application typique au cas du saphir, où le déplacement des
résonances induits par la biréfringence est comparable à la largeur de ces résonances, est
qu'un choix adéquat de l'orientation cristalline permet d'accorder les caractéristiques de la
résonance atome-surface, et de passer ainsi continûment du cas attractif au cas répulsif.
Pour Cs (6D3/2), en changeant l'orientation de l'axe c, de perpendiculaire à la fenêtre (c⊥), à
parallèle (c//), on passe ainsi d'une forte répulsion à une interaction plus faible, tandis que
l'importance relative du "quenching" augmente.
Parallèlement, l'interaction van der Waals, en D² + Dz², où D est l'opérateur dipolaire
électrique, n'est pas un opérateur scalaire. Ceci permet que soient induites à proximité
d'une surface, des transitions réputées interdites dans le vide. Cette anisotropie pourrait en
principe conduire dans nos expériences à des interactions van der Waals différenciées
selon la composante hyperfine considérée. L'observation de ces différences nécessiterait
cependant une préparation particulière des sous-niveaux magnétiques considérés, car les
effets envisageables sont en général fortement réduits après le moyennage lié à la
dégénérescence des niveaux. Dans le cas d'un atome métastable de gaz rare, des transferts
de métastabilité, induits par les effets de champ proche de la surface, ont été observés dans
des expériences du groupe IOA.
5 Croisement à courte distance répulsion/absorption
Un autre effet induit par le couplage résonnant atome-surface est lié au croisement de
niveaux entre états atomiques repoussés et états attirés par la paroi. Malgré la relativement
faible différence d'énergie de structure fine entre Cs (6D3/2) et Cs (6D5/2), les couplages
virtuels vers 7P sont respectivement résonnant et répulsif à 12,15 µm avec le saphir, et non
résonnant et modérément attractif à 14,59 µm (pour le saphir). A partir de la dépendance
en 1/z3 (dont le coefficient lui-même varie avec la distance lorsque les déplacements
d'énergie induits deviennent notables), on extrapole un croisement de niveaux à une
distance de 4-5 nm de la surface. Quoique cette distance très courte corresponde à une
résolution spatiale inhabituelle pour nous, nous avons entrepris d'explorer des effets
possibles de ce croisement, par une spectroscopie des ailes de résonance, entre les
transitions fortes 6P3/2 –6D3/2 (921 nm) et 6P3/2 – 6D5/2 (917 nm). Nous avons
naturellement restreint notre étude à une technique spectroscopique appropriée limitée au
voisinage de la paroi, d'abord par une méthode en onde évanescente –limitée
techniquement par la température maximale supportée pour le collage du prisme–, puis
plus récemment par les techniques de cellule ultra-minces, dont le développement est
rapporté plus bas dans ce rapport.
Pour cette étude, nous avons mis au point une source laser balayable sur la plage 917921 nm permettant une spectroscopie dans les ailes de la transition 6P3/2-6D. Ce balayage
très large est assuré point par point, de façon discontinue (résolution meilleure que 1GHz),
car les brèves durées de vie attendues pour un éventuel piégeage, ou pour le simple passage
"mécanique" dans la zone intéressante, n'exigent pas une haute résolution spectrale.
Les expériences préliminaires que nous avons menées n'ont pas montré jusqu'ici de
signature particulière d'un croisement, et l'essentiel de l'effort a porté sur la sensibilité de
détection. Nous sommes parvenus à une sensibilité relative de 10-4 par rapport à
l'absorption au centre de raie dans la technique d'onde évanescente –profondeur explorée
de l'ordre de 1 µm-, et en cellule mince la sensibilité semble pouvoir atteindre environ 10-5
du pic d'absorption (sur environ 500 nm, avec deux parois présentes, et une densité de
vapeur de Cs supérieure à celle permise dans la technique d'onde évanescente). A ce
niveau de sensibilité, l'analyse spectroscopique des ailes de raie demande une grande
maîtrise des effets d'ordre supérieurs, au premier rang desquels figure la dispersion,
cependant que des effets systématiques liés au balayage exceptionnellement larges du laser
peuvent dégrader la fidélité par rapport à la forme théorique d'une aile de résonance.
b) Interaction d'un atome avec une surface diélectrique excitée thermiquement.
1 Principe du couplage résonnant entre un atome et l'émission virtuelle d'une
surface excitée
Les effets de couplage résonnant observés entre atome (excité) et surface diélectrique
ont jusqu'ici correspondu à des résonances où l'émission (virtuelle ou réelle) de l'atome se
couple avec une absorption (virtuelle ou réelle) du diélectrique. La situation inverse,
deviendrait dans le principe applicable pour un atome dans le fondamental. Elle exige une
excitation du diélectrique répartie sur un continuum de modes, et non sur un mode unique :
ceci est envisageable si le diélectrique est excité thermiquement. Aux températures
usuelles, des effets résonnants ne seront possibles que si l'absorption atomique, permettant
le couplage résonnant, est située dans un domaine très infrarouge. C'est pourquoi nous
avons entrepris de nous intéresser au niveau Cs (8P), qui est efficacement couplé en
absorption à 7D avec des transitions dans la gamme 30-40 µm. Il semble notamment que
les matériaux comme les fenêtres de dérivés fluorés, tels que BaF2 , CaF2, ou MgF2
permettent d'obtenir des résonances [à l'incertitude près de l'extrapolation de données qui
ne concernent que la permittivité ε et non la réponse de surface (ε-1)/(ε+1)] autour des
transitions d'absorption depuis Cs (8P) vers Cs(7D), situées à 29, 36 et 39 µm.
2 Interaction d'un atome avec une surface excitée thermiquement
Les modélisations de l'interaction de van der Waals atome-surface, dérivées de la
théorie des images électriques, sont toujours obtenues dans la limite de la température nulle
(T→0). Or les fluctuations quantiques du dipôle atomique se développent selon les
transitions virtuelles, avec une contribution prépondérante des transitions entre niveaux
énergétiquement proches. Ainsi, pour des niveaux relativement excités, et même si
l'observation optique (différence de l'interaction de surface entre deux niveaux) reste dans
le visible ou proche infrarouge, il est banal que les transitions virtuelles à considérer
tombent dans un domaine d'énergie qui n'excède pas le domaine d'énergie de l'excitation
thermique environnante. Alors que des déplacements thermiques des nivaux de Rydberg
ont pu être mis en évidence dans le vide isotrope (Hollberg et Hall, 1984), il semble que les
effets équivalents, au voisinage d'une surface et en régime de champ proche, n'ont jamais
été ni évalués, ni recherchés expérimentalement. A la différence des effets discutés en a),
les effets thermiques à considérer ici ne sont a priori pas liés à l'existence d'une résonance
dans le couplage atome-surface.
3 Spectroscopie de réflexion sélective sur Cs(8P)
Dans l'état actuel de nos travaux, nous disposons d'une source balayable à 388 nm
(diode "bleue" en cavité étendue) permettant d'exciter Cs depuis le fondamental vers 8P.
De premiers résultats préliminaires sur la réflexion sélective à l'interface avec une fenêtre
de saphir et de silice sont déjà obtenus. Malgré l'absence de résonance avec le diélectrique,
la forte interaction de van der Waals entraîne une importante distorsion des formes de raie,
dont l'analyse doit permettre une évaluation expérimentale de l'interaction avec une
précision en progrès sensible par rapport à celle obtenue dans nos anciennes (1991)
expériences de réflexion sélective en régime fort d'interaction (sur Cs(7P)). Une première
série de dépouillements sur des spectres de réflexion Cs(8P) ont montré qu'il devient
envisageable de mesurer le coefficient de l'interaction van der Waals avec une précision de
l'ordre de 10%. Une telle sensibilité, qui oblige naturellement à une prise en compte
méthodique de possibles effets systématiques, pourrait faciliter l'observation des effets
d'excitation thermique de la surface dans des situations non résonnantes. La caractérisation
des effets d'interaction de surface dans une situation non résonnante est naturellement une
étape indispensable pour la mise en évidence ultérieure d'effets résonnants avec transfert –
virtuel, voire réel- vers l'atome de l'excitation thermique de la surface.
c) Spectroscopie en cellule sub-micronique
Nous avions étudié en détail il y a quelques années (thèse S. Briaudeau, 1998) les
possibilités spectroscopiques originales des cellules minces de vapeur diluée, où
l'anisotropie du libre parcours "moyen" permet de sélectionner la contribution des atomes
dont la vitesse est quasi-parallèle à la paroi (en incidence normale, seuls les atomes
insensibles au décalage Doppler ont un temps d'interaction assez long pour atteindre le
régime permanent d'interaction). Une technique sub-Doppler originale avait ainsi été
obtenue, applicable aussi bien en régime cohérent d'interaction – avec alors une analogie
avec un rétrécissement prévu en micro-ondes par Dicke - qu'en régime incohérent de
pompage optique. Cependant, les dimensions expérimentales des cellules (épaisseur
interne minimale de 10 µm – fabrication commerciale pour la spectrochimie) ne
permettaient pas d'observer une signature spectroscopique de l'interaction van der Waals de
surface (dans la gamme 1-100 kHz.µm3 pour tous les systèmes étudiés jusqu'ici).
Suite à notre intérêt pour des cellules de très faible épaisseur, le groupe de D. Sarkisyan
à Ashtarak (Arménie) a entrepris la fabrication de cellules d'épaisseur nominale 300 nm,
qui se sont révélées à l'analyse optique à la fois très stables et capables de supporter montée
en température et pression atmosphérique extérieure. La première cellule réalisée offre en
fait des zones de travail (1mm²) d'épaisseur localement variable entre 50 nm et 1µm
(l'épaisseur est déterminée par interférométrie, à environ 5 nm près). Les propriétés
spectroscopiques d'une cellule aussi mince sont remarquables : là où les effets sub-Doppler
n'étaient mis en évidence qu'au prix d'une détection sensible, avec modulation de fréquence
(dérivation spectrale) pour une cellule de 10 µm ou plus, le spectre direct de transmission
est clairement sub-Doppler. De même, la spectroscopie de fluorescence fournit également
de façon naturelle des spectres à très faible élargissement Doppler. Les largeurs sont même
plus faibles qu'en absorption, car le signal de fluorescence, qui signe un transfert réel
d'excitation, introduit une plus forte sélection de vitesses atomiques.
Sur la raie de résonance de Cs (D1, 894 nm), aux épaisseurs relativement grandes (≥
200 nm), nous avons observé, en accord avec les prédictions, le régime d'excitation
transitoire cohérente qui induit des effets d'interférence entre les différents groupes de
vitesse. Ces effets d'interférence excèdent en importance les effets (purement optiques)
d'interférence entre transmission et réflexion (la cellule est intrinsèquement un véritable
Fabry-Pérot, avec un excellent parallélisme local). Ils se traduisent par une réapparition
périodique du rétrécissement Dicke (optimal pour une épaisseur λ/2, et réapparaissant à
3λ/2, ...). Dans les régions de faible épaisseur, on observe (Fig. 8) un fort déplacement vers
le rouge. Ce régime d'observation donne pour la première fois accès à une résolution
spatiale de l'interaction van der Waals de surface sur un niveau atomique très peu excité
(par comparaison aux niveaux de Rydberg, étudiés il y a une dizaine d'années à Yale), et
qui plus est à des distances inédites (jusque 50 nm, contre 500 nm précédemment).
Fig. 8 Spectre de transmission en cellule mince sur les deux composantes hyperfines F=3 et F=4 du
niveau excité 6P1/2 de la raie de résonance D1 de Cs. Les traits verticaux pointillés correspondent à
un marqueur de fréquence par absorption saturée, qui donne la position des raies en l'absence
d'interaction atome-surface.
Un point bien sûr très intéressant avec ces cellules serait l'exploration des effets
résonnants d'interaction atome-surface. Pour la démonstration de la répulsion van der
Waals, nous avions sondé en réflexion sélective le niveau Cs(6D3/2) à partir d'un pompage
large bande sur Cs (6P). En cellule ultra-mince, le régime transitoire d'excitation pouvant a
priori affecter le niveau intermédiaire 6P, nous avons dans un premier temps choisi une
excitation directe à deux photons. L'interprétation des signaux obtenus a cependant paru
rester tributaire de l'effet Stark dynamique, qu'il est difficile de contrôler dans les
conditions expérimentales. Depuis la réception d'une cellule ultra-mince à fenêtres en
saphir (c⊥), nous avons également réalisé une expérience de spectroscopie avec pompage
intermédiaire ("2-photons" par étapes). Cette expérience met en évidence la nature
répulsive de l'interaction sur Cs(6D3/2), rendue visible par un déplacement vers le bleu du
spectre, d'autant plus important que la zone explorée est de faible épaisseur (Fig. 9). C'est
précisément cette cellule, dont les propriétés répulsives ont donc été démontrées in situ, qui
est actuellement utilisée pour rechercher une éventuelle signature du croisement entre les
niveaux attractif et répulsif 6D3/2 et 6D5/2 [cf. section I.1.2.C.1a)5)].
d) Développements théoriques
1 Interaction atome-surface
Comme mentionné ci-dessus, un point important des développements théoriques récents
a concerné les effets d'anisotropie dans l'interaction van der Waals de surface. Un premier
type de problème traité, de grande importance pratique pour les expériences utilisant des
résonances du saphir, a été celui de la biréfringence du matériau diélectrique, et de l'effet
de l'orientation de la surface sur les caractéristiques de l'interaction.
Fig. 9 Comparaison entre la raie étroite d'absorption saturée (SA) dans une cellule de référence
macroscopique sur la transition Cs(6P1/2) → Cs(6D3/2) à 876 nm, et la transmission, aux épaisseurs
indiquées, dans une cellule extrêmement mince de saphir, aux parois répulsives pour Cs(6D3/2 ). Le
décalage vers le bleu (répulsion) est d'autant plus visible que les parois sont proches. Pour tous les
spectres, un pompage préalable vers Cs(6P1/2) est effectué par une source à 894 nm.
Sur la base du formalisme développé à cette occasion, qui explicite le formalisme de la
théorie linéaire de la susceptibilité développée par Wylie et Sipe, ont été abordés (M.-P.
Gorza), le problème de l'interaction entre une surface réfléchissante et un condensat de
Bose-Einstein, éventuellement dans une approche prenant en compte les effets de
propagation (analyse d'un effet Casimir, plutôt que d'un effet van der Waals), ainsi qu’une
recherche d’explication de l’effet Sokolov ( mélange des états 2S1/2 et 2P1/2 de l’Hydrogène
en jet rapide qui semblerait dû à une interaction de très longue portée -500 microns- avec
une surface métallique). Cette approche très générale fournit actuellement la base du
traitement formel, actuellement en cours de développement, des effets d'interaction atomesurface, résonnants ou non, qui sont induits par l'excitation thermique de la surface.
La collaboration avec l'Institut Lebedev de Moscou (V.Klimov, V. Letokhov) s'est
poursuivie notamment autour du problème de l'émission spontanée au voisinage de
nanoparticules, pouvant modéliser aussi bien des pointes de microscope de champ proche,
que des surfaces variées en phase vapeur. Un traitement général prenant en compte des
géométries diverses d'ellipticité, jusqu'à la limite cylindrique, a également été effectué.
2 Spectroscopie
Sur un plan plus spectroscopique, le séjour de P. Berman au Laboratoire (Juillet 2000) a
été l'occasion de discussions sur diverses propriétés de la réflexion sélective, à l'occasion
d'un traitement des effets de précession libre. Dans cette spectroscopie, souvent qualifiée
d'homodyne, subsistent en fait des effets cohérents après coupure du champ oscillateur
local. Un des enjeux de cette activité est de mieux cerner les limites d'une description de la
réflexion sélective comme technique décrivant l'interaction d'un seul atome avec une
surface, alors que la longueur de cohérence est liée à la propagation sur une dimension de
l'ordre de la longueur d'onde. Par ailleurs (collaboration avec le Brésil, suite à des
expériences très anciennes), nous avons généralisé le traitement de la réflexion sélective au
cas d'une interface quelconque (métallique, multicouche, ...), en montrant notamment que
le concept de "susceptibilité généralisée" pour traiter le problème de la non-localité de
l'interaction dans une vapeur est pleinement applicable lorsque l'interface devient
complexe. Ceci permet sensiblement de séparer les effets de réponse atomique en
interaction avec la surface, et les modifications optiques de la réponse lorsque l'interface
devient de nature complexe. Cette même idée de séparation entre réponse du milieu
atomique et réponse optique a fourni un traitement formel très simple du problème de la
transmission (de type Fabry-Pérot) à travers une cellule sub-micronique, applicable même
si l'interaction des atomes avec la paroi ne peut être négligée.
e) Lasers polymères à émission dans le bleu
Des recherches communes, entre le LPL (équipes VUV et OCR) et les chimistes du
groupe de A. Siove (ex-LRM, de l'Université Paris 13), qui sont soutenues par l'Université
dans le contrat quadriennal au titre d'un "Plan Pluri-Formation", sont en cours visant à
obtenir des lasers plastiques (organiques, et polymères) à émission dans le bleu à base de
molécules de carbazole. Des approches par pompage optique (pour le moment, en régime
seulement impulsionnel) sont développées dans l'équipe VUV, notamment avec gravure de
réseaux sur les couches polymères (laser type "DBR"), qui pourraient bénéficier de
l'expérience de l'équipe en matière de cavité. Une collaboration avec le CEA (LISPSaclay), maintenant contractualisée formellement, et animée notamment par A. Fischer,
permet la préparation d'échantillons de matériaux à base de carbazole, qui sont déposés en
couche mince de façon très contrôlée, au contact avec des couches minces pour électrodes.
Ces expériences, menées en vue d'un éventuel pompage électrique de laser, ont d'ores et
déjà permis une évaluation des propriétés d'électroluminescence selon le mode de
préparation.
Publications et communications OCR
I.1.2.C.2 Publications et communications OCR
ACL29 PAPOYAN A., SARKISYAN D., BLUSH, K., AUZINSH M. ,BLOCH D., DUCLOY M.,
Magnetic-field induced mixing of hyperfine states of Cs 62P3/2 level observed with a sub-micron
cell,
à paraître dans Laser Physics.
ACL30 DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S. , PAPOYAN A. , SARKISYAN D. , BLOCH D.,
DUCLOY M.,
Collapse and revival of a Dicke-type coherent narrowing in a sub-micron thick vapor cell
transmission spectroscopy,
Europhysics Letters, 63, 35-41 (2003).
ACL31 FAILACHE H., SALTIEL S., FICHET M., BLOCH D., DUCLOY M.,
Resonant coupling in the van der Waals interaction between an excited alkali atom and a dielectric
surface: an experimental study via stepwise selective reflection spectroscopy,
European Physical Journal D, 23, 237-255, (2003).
ACL32 DUTIER G., SALTIEL S., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Revisiting Optical Spectroscopy in a thin vapor cell: mixing of Reflection and Transmission as a
Fabry-Pérot microcavity effect,
Journal of the Optical Society of America B 20, 793-800, (2003).
ACL33 KLIMOV.V., DUCLOY M. and LETOKHOV V.S.,
A model of an apertureless scanning microscope with a prolate nanospheroid as a tip and an
excited molecule as an object,
Chemical Physics Letters, 358, 192-198, (2002).
Spontaneous emission of an atom placed near a prolate nanospheroid,
The European Physical Journal D, 20, 133-148, (2002).
ACL35 FAILACHE H., SALTIEL S., FISCHER A., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Resonant Quenching of Gas-Phase Cs atom Induced By Surface-Polariton,
Physical Review Letters, 88, 243603-1-4, (2002).
ACL36 SARKISYAN D., BLOCH D., PAPOYAN A. and DUCLOY M.,
Sub-Doppler Spectroscopy by Sub-Micron Thin Cs-Vapor Layer,
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Control of nonlinear dynamics of a semiconductor laser with filtered optical feedback,
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Spontaneous emission of an atom in the presence of nanobodies,
Kvantovaya Elektronika [Quantum Electronics] 31, 569-586 (2001).
ACL39 GORZA M-P. , SALTIEL S. , FAILACHE H. and DUCLOY M.,
Quantum theory of van der Waals interactions between excited atoms and birefringent dielectrics,
ACL40 CHEVROLLIER M., ORIA M., DE SOUSA J.G., BLOCH D., FICHET M., and DUCLOY M.,
Selective reflection spectroscopy of a resonant vapor at the interface with a metallic layer,
Physical Rev. E, 63, 046610-046616, (2001).
ACL41 BERMAN P.R., DUCLOY M. and BLOCH D.,
Free- precession decay in Selective reflection,
Phys. Rev. A, 63, 043410-043416, (2001).
ACL42 FISCHER A.P.A., ANDERSEN O.K., YOUSEFI M., STOLTE S., LENSTRA D.,
Experimental and theoretical study of filtered optical feedback in a semiconductor laser,
IEEE J. Of Quant. Electron., 36, 3, 375-384, (mars 2000).
ACL43 KLIMOV V.V., DUCLOY M.,
Allowed and forbidden transitions in an atom placed near an ideally conducting cylinder,
Phys. Rev. A, 62, 043818-1 043818-14, (septembre 2000).
ACL44 GORLICKI M., FERON S., LORENT V. and DUCLOY M.,
Interferometric approaches to atom-surface van der Waals interactions in atomic mirrors ,
Phys. Rev. A, 61, 013603-1 013603-9, (2000).
SCL5
DUTIER G., SALTIEL S., BLOCH D., DUCLOY M., PAPOYAN A., SARKISYAN, D.,
Observation de l'interaction entre atome et surface en cellule de vapeur submicrométrique,
Journal de Physique IV, 12, Pr-5, 155-157, (2002).
SCL6
YOUSEFI M., LENSTRA D., VEMURI G. and FISCHER A.,
Global bistability in a semiconductor laser with filtered optical feedback,
Proc. Symp. IEEE/LEOS Benelux Chapter, 41-44, (2001).
SCL7
FAILACHE H., GORZA M.-P., SALTIEL S., FICHET M., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Recent progress in Dielectric cavity QED and long-range atom surface interaction,
Laser Phys. 11, 1187-1189, (2001), (Proceedings of Novossibirsk-MPLP 2000).
SCL8
FAILACHE H., GORZA M-P., SALTIEL S., FICHET M., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Recent progress in dielectric cavity QED and long-range atom-surface interactions,
Proceedings of MPLP'2000, Denisov ed.,
Novosibirsk, Russie, (2000).
SCL9
FAILACHE H., SALTIEL S., FICHET M., GORZA M-P., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Dielectric cavity QED: Resonant coupling in the van der Waals interaction between atom and
dielectric surface,
J. Korean Phys. Soc., 37, 685-687, (2000).
SCL10
FAILACHE H., SALTIEL S., FICHET M., GORZA M-P., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Une image électrique resonnante qui rend répulsive l'interaction van der Waals de surface,
J. Phys. IV Pr., 10, 141-142, (2000).
SCL11
BRIAUDEAU S., SALTIEL S., LEITE J.R.R., ORIA M., BRAMATI A., WEIS A.,BLOCH D. and
DUCLOY M.,
Recent developments in sub-Doppler spectroscopy in a thin cell,
J. Phys. IV Pr., 10, 145-146, (2000).
c) Communications avec actes (ACT)
1 Posters
ACT1
HAMDI I., GORZA M.-P., SEGUNDO P. , DUTIER G., VALENTE P., LEITE J.R.R., FICHET
M., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Investigation des effets de température non nulle en Electrodynamique quantique en Cavité,
COLOQ8, huitième Colloque National sur les Lasers et l'Optique Quantique,
Toulouse, France, (septembre 2003).
ACT2
DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., SARKISYAN D., PAPOYAN A.,
VARZHAPETYAN T., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Spectroscopie dans une cellule sub-micrométriqe ou comment sonder l'interaction atome-surface
avec une résolution spatiale nanométrique,
ACT3
DUTIER G., SALTIEL S., BLOCH D., DUCLOY M., PAPOYAN A. and SARKISYAN D.,
COLOQ'7, septième Colloque National sur les Lasers et l'Optique Quantique,
d) Communications sans actes (COM)
1 Orales
COM14 DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., HAMDI I., SARKISYAND., PAPOYAN A.,
VARZHAPETYAN T., BLOCH D., DUCLOY
M.,
Sub-micrometric vapor cell: a new tool for spectroscopy and atom-surface interaction,
2003EQEC European Quantum Electronics Conference,
Munich, Allemagne, (juin 2003).
COM15 SEGUNDO P. C., HAMDI I., DUTIER G., GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D., DUCLOY
M., LEITE J. R. R., VALENTE P.,
Probing the van der Waals Atom-Surface Interaction in the non zero temperature limit,
XXVI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada,
Caxambu, Brésil, 6-10, (mai 2003).
COM16 PAPOYAN A., SARKISYAN D., BLUSH K., AUZINSH M., BLOCH D., DUCLOY M.,
Manifestation of hyperfine level mixing in moderate magnetic field observed in a sub-micron Cs
cell,
Conference on Laser Physics 2002,
Ashtarak, Arménie, (octobre 2002).
COM17 SARKISYAN D., SARKISYAN A., PAPOYAN A., BLOCH D., DUCLOY M., WALTHER H.,
Usage of Extremely Thin Cell with Smoothly Variable Thickness of Atomic Vapor ,
Column in the Range 140-1700 nm for Laser Spectroscopy,
COM18 DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., LEZAMA A., VALENTE P., BLOCH D.,
DUCLOY M., SARKISYAN D., PAPOYAN A.,
Reflection and transmission of a Fabry-Pérot-type submicronic vapor cell,
EGAS 34 (34 th Conference of the European Group for Atomic Spectroscopy),
Sofia, Bulgarie, (juillet 2002).
COM19 SARKISYAN D., PAPOYAN A., PASHAYAN Y., MALAKYAN Y., BLOCH D. and DUCLOY
M.,
Laser-induced fluorescence of sub-micron Cs and Rb-vapor layers,
Moscou, Russie, (juin 2002).
COM20 DUTIER G, SALTIEL S., YAROVITSKI A., VALENTE P., BLOCH D., DUCLOY M.,
SARKISYAN D. and PAPOYAN A.,
Probing Atom-Surface Interaction in an Extremely Thin Cell, IQEC'02, 23th International
Quantum Electronics Conference,
Moscou, Russie,(juin 2002).
COM21 SARKISYAN D., SARKISYAN A., BLOCH D., PAPOYAN A., MALAKYAN Yu.,
Y.PASHAYAN Y. and DUCLOY M.,
FAMSETC: France-Armenian Method of Spectroscopy by Extremely Thin Cells,
Armenian Conference on Laser Physics-2001,
COM22 DE FREITAS H.N., SEGUNDO P.C., DI LORENZO O., BLOCH D., CHEVROLLIER M. and
ORIA M.,
Temperature dependence on the adsorption time of cesium atoms on a glass surface,
QELS' 2001, Quantum Electronics and Laser Science Conference,
Baltimore, U.S.A., (mai 2001).
COM23 FAILACHE H., FISCHER A., SALTIEL S., GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D. and
DUCLOY M.,
Coupling atomic excitation and surface modes in dielectric cavity-QED,
IQEC 2000 , 22th International Quantum Electronics Conference,
COM24 FISCHER A.P.A, ANDERSEN O.K., YOUSEFI M., STOLTE S., LENSTRA D., GOEDGEBUER
J-P.,
Multistability in semiconductor laser with filtered optical feedback,
Texel Spring School,
Texel, Pays - Bas, (avril 2000).
2 Posters
COM25 GORZA M-P., HAMDI I., SEGUNDO P., DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., FICHET
M., BLOCH D., DUCLOY M.,
The Atom-surface van der Waals interaction when the Zero-Temperature limit breaks down,
Quantum Optics 2003, Euresco Conference,
Grenade , Espagne, (septembre octobre 2003).
COM26 GORZA M-P., HAMDI I., SEGUNDO P., BLOCH D., DUCLOY M.,
Thermal effects in Cavity Quantum Electrodynamics: the near-field regime of atom-surface
interaction,
COM27 HAMDI I., SEGUNDO P., DUTIER G., VALENTE P., FAILACHE H., LEITE J.R.R., GORZA
M- P., FICHET M., BLOCH D.,
DUCLOY M.,
Probing the van der Waals Atom-Surface Interaction in the non-zero temperature limit,
COM28 FICHET M., FAILACHE H., SALTIEL S., GORZA M-P., BLOCH D., DUCLOY M.,
Long range influence of surface-polariton on atom internal dynamics,
COM29 SARKISYAN D., SARKISYAN A. , VARZHAPETYAN T. , PAPOYAN A. , BLOCH D. ,
DUCLOY M., WALTHER H.,
Extremely thin cell for laser spectroscopy with smoothly variable thickness of atomic vapor column
in the range of 140-1700nm,
QELS, Quantum Electronics and Laser Science Conference,
Baltimore, U.S.A., (juin 2003).
COM30 KLIMOV V.V., DUCLOY M.,
Spontaneous emission of an atom placed near a nanofiber,
Seventh French-Israeli Symposium on Nonlinear and Quantum OpticsFRISNO7,
Les Houches, France, (février 2003).
COM31 HAMDI I., SEGUNDO P., DUTIER G., VALENTE P., LEITE J.R.R., GORZA M.-P., FICHET
Probing the van der Waals atom-surface interaction in the non-zero temperature limit,
Seventh French-Israeli Symposium on Nonlinear and Quantum Optics FRISNO7,
COM32 DUTIER G., SALTIEL S., YAROVITSKI A., SARKISYAN D., PAPOYAN A., BLOCH D.,
DUCLOY M.,
Spectroscopy in an Extremely Thin Cell:from Dicke narrowing to atom-surface
interaction,
COM33 BLOCH D. , DUCLOY M., DUTIER G., LOPEZ O., YAROVITSKY A.,
1.7 THz tunable quasi-single mode grating stabilized diode laser in the 920 nm range,
LAT (Lasers and Applications Technology),
COM34 YAROVITSKI A., DUTIER G., SALTIEL S., LEZAMA A., BLOCH D., DUCLOY M.,
Extremely Thin Cell Transmission Spectroscopy : Disappearance and Revival of the Dicke
Narrowing,
COM35 FISCHER A, VEMURI G., YOUSEFI M. and LENSTRA D.,
Controlling the dynamics time scale of a diode laser using filtered optical feedback,
International Workshop on nonlinear dynamics of optical systems,
Les Houches, France, (septembre 2001).
COM36 SEGUNDO P.C. , DI LORENZO-FILHO O., FAILACHE H., BLOCH D , DUCLOY M.,
Reflection Spectroscopy of Excited Cesium Atoms Close to a Sapphire Surface,
XXIV ENFM (24th national meeting of Condensed Matter Physics,
Sao Lorenço, Brésil, (mai 2001).
COM37 FAILACHE H., SALTIEL S., YAROVITSKI A., BAAS A., FISCHER A., GORZA M-P.,
FICHET M., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Couplage quantique résonnant à longue portée entre atome excité et surface diélectrique,
PAMO 2000, Physique Atomique et Moléculaire et Optique,
Lyon, France, (juillet 2000).
e) Conférences invitées (INV)
INV7
DUCLOY M.,
Laser spectroscopy and metrology with nanometric gas cells,
(ILLA/LTL’2003, 8th International Conference on Laser and Laser-Information Technologies,
Smolyan, Bulgarie , (septembre octobre 2003).
INV8
DUCLOY M., DUTIER G., HAMDI I., SEGUNDO P.C.S., YAROVITSKI A., SARKISYAN D.,
PAPOYAN A., VARZHAPETYAN T.,
SALTIEL S. , GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D.,
New trends in laser spectroscopy: nanometric gas cells,
BPU5, 5tGeneral Conference of the Balkan Physical Union,
Vrnjacka Banja, Serbie, (août 2003).
INV9
DUTIER G., HAMDI I., SEGUNDO P., YAROVITSKI A., SALTIEL S., SARKISYAN D.,
PAPOYAN A., VARZHAPETYAN T., GORZA,
M.-P, FICHET M., BLOCH D., DUCLOY M.,
Coupling of atoms, surfaces and fields in dielectric nanocavities,
ICOLS, 16th International Conference on Laser Spectroscoy,
Palm Cove, Australie, (18-23 juillet 2003).
INV10
DUCLOY M.,
MPLP'2000, Third International Symposium on Modern Problems of Laser Physics,
Novosibirsk, Russie, (juillet 2000).
INV11
DUCLOY M.,
Spectroscopic probes of exchange of excitation between atoms and surface,
INV12
DUCLOY M.,
Long-range quantized exchange of excitation between surface and atoms in vacuum,
European Research Conference on Quantum Optics,
San Feliu de Guixols, Espagne, (septembre 2002).
INV13
DUCLOY M.,
Atom spectroscopy in the vicinity of dielectric surfaces,
XXXIVth EGAS Conference, European Group for Atomic Spectroscopy,
Sofia, Bulgarie, (juillet 2002), (session plénière).
INV14
DUCLOY M.,
Laser spectroscopy approaches to atom- dielectric nanostructures interactions,
Moscou, Russie, (juin 2002), (exposé tutorial).
INV15
BLOCH D., DUTIER G., SALTIEL S., YAROVITSKI A., FICHET M., GORZA M.-P. and
DUCLOY M.,
Signature of dielectric Cavity QED effects in vapor spectroscopy,
Deuxième Symposium franco-russe sur les Lasers,
Souzdal, Russie, (octobre 2001).
INV16
DUCLOY M.,
Cavity QED with dielectric microstructures,
XXVIII Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física,
Séville, Espagne, (septembre 2001), (session plénière).
INV17
D. BLOCH and M. DUCLOY,
Recent advances in dielectric cavity QED,
ICONO'01, XVIIth International Conference on Coherent and Nonlinear Optics,
Minsk, Biélorussie , (juin 2001).
INV18
DUCLOY M.,
11th International School on Quantum Electronics, Lasers - Physics and Applications,
Varna, Bulgarie, (septembre 2000).
INV19
FAILACHE H., SALTIEL S., GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D., KLIMOV V.V. and
DUCLOY M.,
Surface-induced anisotropy and near-field symmetry breaking in atomic systems,
FRISNO6, Sixth French-Israëli Symposium on Nonlinear and Quantum Optics,
Condensat de Bose Einstein - Mesures et applications – COMETA
Responsable :
Doctorant :
Collaborations internes :
V. Lorent (Professeur des universités).
H. Perrin (CR1 CNRS)
B. Mercier (IR CNRS).
Y. Colombe (Allocataire MENRT, depuis septembre 2000).
M. Ducloy (Equipe OCR),
J-C. Keller et O. Gorceix (Equipe AF),
Collaborations extérieures : M. Olshanii (USC, Los Angeles),
L. Pricoupenko (LPTL – Jussieu),
R. Grimm (Innsbruck),
D. Charraut, Michel Spajer et
R. Giust (LOPMD, Besançon),
R. Möller (Essen).
I.1.2.D.1 Présentation générale
Depuis les premières démonstrations expérimentales de la condensation de BoseEinstein en 1995, les études expérimentales sur les gaz quantiques d’atomes n’ont cessé de
croître. Les connaissances acquises sur ce nouvel état de la matière démontrent que l’objet
est beaucoup plus riche en phénomènes physiques que ce que laissent entendre les
prédictions théoriques limitées à un gaz parfait. La présence d’une interaction entre les
atomes condensés conduit à deux classes de propriétés : hydrodynamiques (superfluidité,
propagation de solitons, vortex…) et corrélations (cohérence, laser à atomes…).
Une thématique nouvelle s’interroge sur ces mêmes propriétés dans la situation de
dimensionnalité réduite. A une dimension par exemple, le régime de fortes interactions
entre atomes correspond aux densités atomiques les plus faibles, ce qui est caractéristique
de la dimension 1.
Le cas d’une dimension 2 (gaz bidimensionnel) est
tout aussi riche. S’il existe bien une température de
transition en-deçà de laquelle une occupation
macroscopique du niveau d’énergie le plus bas a lieu,
ceci n’est pas accompagné en ce qui concerne la
longueur de cohérence d’une frontière précise entre le
gaz classique et le gaz dégénéré. Également, par
rapport à la dimension 3, la longueur de diffusion joue
un rôle radicalement différent en dimension 2 dans
l’établissement du terme d’interaction en champ moyen
g.
S’ajoute à ces questions de caractère fondamental
toute la problématique de l’exploitation de la cohérence
du gaz dégénéré en optique atomique et notamment la
possibilité de réaliser une optique atomique intégrée.
Fig. 10 Schéma global de l'expérience.
Les projets de recherche dans le groupe COMETA du laboratoire s’inscrivent dans cette
thématique des gaz quantiques en dimensionnalité réduite.
Hélène Perrin a été organisatrice, avec Ludovic Prikoupenko (LPTL – Paris) et Maxim
Olshanii (USC –Los Angeles) de l’école de printemps sur les gaz quantiques en
dimensions réduites (Euro Summer School on Quantum gases in low dimensions) qui s’est
tenue aux Houches du 15 au 25 avril 2003.
a) Condensation de Bose-Einstein d'atomes de 87Rb.
Au laboratoire, nous avons obtenu un condensat de Bose-Einstein en janvier 2001. Nous
décrivons ici le dispositif expérimental dans ses grandes lignes (voir Fig. 10).
Le montage expérimental comprend deux pièges magnéto-optiques (PMO), dans des
enceintes présentant un vide différentiel. Les atomes de 87Rb sont d'abord capturés par trois
faisceaux rétro-réfléchis de 25 mm de diamètre dans le PMO réservoir (dans une enceinte
ultra-vide à 10-9 torr). Ils sont transférés continûment dans le second PMO sous l’action
d'un faisceau pousseur désaccordé de 2 GHz en-dessous de la résonance. Le choix d'un
grand désaccord "rouge" permet d'ajouter à la force de poussée un effet de guidage des
atomes le long du faisceau grâce à la force dipolaire. Les atomes sont ensuite capturés dans
un second piège magnéto-optique, au centre d'une cellule en verre où règne un vide poussé
(quelques 10-11 torr). Ce piège sert de réservoir à un piège magnétique de type IoffePritchard (en forme de cigare). Pour ce dernier PMO, nous avons adopté une configuration
à six faisceaux indépendants d'un centimètre de diamètre. Une paire de faisceaux est quasi
verticale, les autres paires sont confondues respectivement avec l'axe y de symétrie du
champ quadrupolaire (direction radiale du piège Ioffe-Pritchard) et l'axe x de symétrie de la
bobine de Ioffe (direction axiale du piège Ioffe-Pritchard). Le piège magnétique IoffePritchard est de type QUIC (QUadrupole and Ioffe Configuration), développé à Munich
dans le groupe de Ted Hänsch. Les bobines sont très proches de la cellule (qui ne fait que
22,5 mm d'épaisseur) ce qui permet d'abaisser à 150 W la puissance totale dissipée. Deux
sources de courant indépendantes alimentent la bobine Ioffe (43 A) d'une part et les
bobines quadrupolaires en série (30 A) d'autre part. Le champ résultant présente un
minimum non nul de 1,8 gauss. Le gradient radial est de 225 G/cm et la courbure
longitudinale vaut 270 G/cm2. Les fréquences d'oscillation qui en résultent sont de 21 Hz
dans l'axe du cigare (selon x) et 200 Hz dans le plan transverse pour le niveau m=2 de l'état
F=2.
On atteint la température de
condensation après évaporation R.F.
pendant 30 secondes. Il y a typiquement
2.105 atomes dans le condensat ; la
température à la transition de phase est
de 700 nK et n'est plus mesurable
lorsque tous les atomes sont condensés.
On obtient des images du condensat ou
du nuage atomique en expansion après
un temps de vol en mesurant l'absorption d'un faisceau sonde résonnant
peu intense sur une caméra CCD.
Les courbes de la Fig. 11 sont des
coupes selon l'axe horizontal des
images d’absorption. La valeur finale
du champ radio-fréquence à la fin de la
rampe vaut respectivement 1,5 MHz -
Fig. 11 Coupe selon l'axe horizontal des images
d'absorption.
1,39 MHz - 1,335 MHz - 1,32 MHz et 1,31 MHz de l'arrière plan au premier plan. Avec
1,5 MHz, le gaz est purement thermique. Au contraire, il est presque entièrement condensé
lorsqu'on arrête la rampe à 1,31 MHz. L'épaisseur optique atteint alors 2,5 à 3, ce qui
correspond à une absorption de 90% à 95%, et le nombre d'atomes est de 2.105. Lorsque le
condensat coexiste avec un nuage thermique, la distribution de position après un temps de
vol est bimodale, le pic des atomes condensés se superposant à une gaussienne plus large.
La transition de phase a lieu pour une température de 700 nK (cela correspond
approximativement à une fréquence R.F. de 1,35 MHz).
b) Gaz quantique à deux dimensions
L’obtention d’un gaz, quantique ou classique, en dimension 2 est conditionnée à la
réalisation d’un piège suffisamment anisotrope pour assurer soit que le potentiel chimique,
soit que l’énergie thermique soient très inférieures à l’écart en énergie des modes propres
dans la direction de confinement.
1 Un piège habillé pour condensat
Oliver Zobay et Barry Garraway1 ont récemment proposé une méthode pour réaliser un
tel piège 2D pour atomes ultra froids. L'idée est d'utiliser les états habillés créés par la
perturbation d’un champ radio-fréquence des niveaux Zeeman associés au champ
magnétique QUIC. Les états habillés par le champ RF sont les états propres du système
atome+champ RF et leurs énergies présentent des croisements évités à résonance. On
utilise déjà ces potentiels lors du refroidissement évaporatif, pour obtenir un puits de
profondeur ajustable. Les atomes sont alors confinés dans l'état habillé de plus faible
énergie (Fig. 12).
Niveaux non perturbés
Niveaux habillés
Atomes quittant
le piège pendant
l’évaporation
Fig. 12 Principe du refroidissement évaporatif illustré du point de vue des états habillés.
Pour créer un piège quasi bi-dimensionnel, on utilise au contraire l'état habillé de plus
grande énergie, pour lequel le potentiel est minimum exactement aux endroits où il y a un
croisement évité, c'est-à-dire là où le champ RF est résonnant avec le déplacement Zeeman
(Fig. 13). Le lieu des points où le champ radiofréquence est résonnant est donné par les
surfaces iso-B dans le cas général (c'est un ellipsoïde dans le cas d'un piège harmonique).
Les atomes sont astreints à se déplacer sur une surface d'épaisseur très fine, et s'accumulent
1 O. Zobay and B.M. Garraway, Phys. Rev. Lett. 86, 1195 (2001)
Atomes habillés piégés
Lignes iso-B, piège QUIC et piège 2D
Fig. 13 Principe du piège 2D d’atomes habilités par un champ R.-F.
en bas d'une sorte de coquille d'œuf à cause du champ de gravitation. Dans notre piège
QUIC, un tracé des iso-B donne une idée de la forme que doit avoir le nuage atomique.
Nous avons confiné des atomes issus d'un condensat dans ce piège quasi bidimensionnel, en déformant adiabatiquement le piège QUIC. Pour cela, il faut allumer le
champ RF à une valeur inférieure à la fréquence de résonance au centre du piège QUIC.
Lorsque l'on augmente la fréquence du champ RF, on traverse la résonance et les atomes
suivent alors adiabatiquement l'état habillé de plus grande énergie. Les images de la Fig.
14 sont prises directement dans le piège 2D (temps de vol nul). Elles montrent clairement
la déformation du nuage lorsque l'on accroît la fréquence RF. Le désaccord ∆ est donné
par rapport à la résonance au fond du piège QUIC.
piège QUIC initial
piège 2D avec ∆=2π
x 1,7 MHz
piège 2D avec ∆=2π
x 6,7 MHz
Fig. 14 Images prises dans le piège 2D
Pour un désaccord ∆ / 2π = 8,7 MHz , les fréquences du piège sont :
1 Hz × 21 Hz × 600 Hz .
Notons que pour un nombre d’atomes N = 100 000 , le potentiel chimique est inférieur à
l’énergie d’oscillation transverse du piège 2D ( µ / h = 300 Hz ).
2 Un piège dipolaire bidimensionnel
Obtenir un piège plus anisotrope est possible en suivant
la proposition de Yuri Ovchinnikov1 : deux ondes
lumineuses évanescentes, obtenues dans le vide par
réflexion totale à l'interface entre un diélectrique et le vide
exercent indépendamment des potentiels dipolaires (voir le
schéma de principe sur la Fig. 15).
Fig. 15 Production des ondes
évanescentes par réflexion
totale interne.
La somme de ces deux effets produit un potentiel de
Morse dans la direction perpendiculaire au diélectrique,
différence de deux exponentielles décroissantes (voir un exemple sur la Fig. 16). La
fréquence d'oscillation verticale typique que l'on peut
obtenir par cette méthode vaut typiquement quelques
dizaines de kHz. On assure un confinement horizontal
en focalisant davantage le faisceau rouge, ce qui
produit des fréquences d'oscillation de quelques
dizaines de Hz. Ces paramètres permettent d'obtenir
facilement
une
géométrie
quasiment
bidimensionnelle. A ce potentiel s'ajoutera l'attraction de
van der Waals due à la surface et la gravité.
Fig. 16 Potentiel de Morse.
3 Chargement du piège
Le chargement d'un tel piège très anisotrope à partir d'un condensat tridimensionnel est
un point délicat. Il faut en effet éviter d'exciter le nuage d'atomes condensé lors de la
procédure de transfert. On ne peut par exemple utiliser un schéma impliquant un pompage
optique, et donc une diffusion de photons spontanés.
Nous avons proposé plusieurs méthodes alternatives pour charger le piège
bidimensionnel. La caractéristique commune est de déformer adiabatiquement le potentiel
confinant. Ces méthodes ont été publiées dans Journal of Optics B.
La première méthode peut être décomposée en trois étapes. Il faut d'abord rapprocher le
piège magnétique de la surface du prisme, ce que l'on fait en ajoutant au QUIC un champ
magnétique vertical homogène
produit par deux bobines
supplémentaires. On peut ainsi
amener le condensat au contact
avec la surface.
Il faut ensuite transférer les
atomes dans le piège dipolaire.
On les amène jusqu'au prisme
en déplaçant le centre du piège
magnétique. L'onde évanes-
Fig. 17 Principe du chargement du piège 2D.
1 Y. Ovchinnikov et al. , J. Phys. B 24, 3173 (1991)
cente bleue doit déjà être présente pour éviter qu'ils ne collent au diélectrique. A ce stade,
les atomes sont confinés dans un "demi piège harmonique". On allume alors lentement
l'onde rouge pour assurer un transfert adiabatique de tous les atomes dans le piège dipolaire
et on termine en éteignant le champ magnétique lentement. Les étapes de ce processus sont
schématisées sur la fig 17. Pour cela, on rapproche de la surface le condensat piégé
magnétiquement (étape 1) en la présence de l’onde évanescente bleue qui empêche les
atomes de coller à la surface, jusqu’à former un « demi piège harmonique » (étape 2) ; puis
on allume lentement l’onde évanescente rouge pour comprimer le nuage verticalement
(étape 3) ; enfin, il reste à éteindre lentement le champ magnéetique pour que les atomes
soient confinés dans le seul piège optique (étape 4).
Nous avons réalisé l’étape 1 expérimentalement.
L’étape 3 a fait l’objet d’une simulation numérique
de l’équation de Gross-Pitaevkii. Un temps de
branchement de quelques dizaines de millisecondes
est suffisant pour assurer l'adiabaticité du transfert,
comme l'indique la fig 18.
Nous pouvons également utiliser un "ascenseur à
atomes" pour charger le piège dipolaire. On
superpose au piège QUIC une onde stationnaire Fig. 18 Efficacité de transfert en fonction
de la durée de la rampe.
désaccordée en dessous de la résonance atomique :
les atomes sont alors confinés aux ventres de l'onde
stationnaire et peuplent une quinzaine de puits. On fait ensuite varier la phase de l'onde
stationnaire pour les transporter vers le prisme. De plus, si les ondes évanescentes sont
allumées, les puits se déversent les uns après les autres dans le piège bidimensionnel. Les
atomes s'accumulent dans le dernier puits, qui devient le piège dipolaire 2D après
extinction progressive de l'onde stationnaire. Nous avons simulé ce transfert dans l'article
de JOB. Ce mécanisme semble plus délicat à mettre en œuvre expérimentalement mais il
peut être utilisé en sens inverse pour éloigner le nuage d'atomes à 2D de la surface.
Fig. 19 Principe de l’ascenseur optique. La figure représente une coupe du potentiel
2D + onde stationnaire à trois étapes du chargement. Le potentiel est
déformé adiabatiquement pour permettre aux atomes de passer dans le piège
2D. On joue sur la phase de l’onde stationnaire pour translater les puits.
Les atomes s’accumulent dans le puits de gauche, celui du piège 2D.
c) Collaborations
Outre l’étude du transfert adiabatique d’un condensat d’un piège magnétique vers un
piège dipolaire évanescent, notre collaboration avec Maxim Olshanii (USC–Los Angeles)
a donné lieu à un autre travail théorique examinant la densité atomique dans un piège 1D.
Ce calcul permet de distinguer les différents cas de gaz dégénéré unidimensionnel : gaz
dense en régime Thomas-Fermi, gaz de Tonks très dilué. Les distributions de densité
calculées autorisent une comparaison directe avec une mesure expérimentale.
La réalisation d’un piège dipolaire évanescent est l’objet d’un partenariat avec l’équipe
de Daniel Charraut et Michel Spajer du LOPMD (Besançon). Il s’agit de produire des
champs évanescents plus intenses par couplage de champs lasers dans des structures
guidantes. Cette thématique figure toujours parmi nos projets.
Nous sommes partie prenante du GDR 2441 Optique Atomique Intégrée et
Nanostructures.
Nous faisons partie, avec le groupe OCR et le groupe IOA, du réseau européen du 5ème
programme FASTNet (Field Atom-Surface Training Network) . Ce réseau a débuté ayant
en septembre 2002 et comest composé de 9 partenaires. Il est coordonné par John Weiner
(IRSAMC – Toulouse).
Nous faisons partie d’un autre réseau européen du 6ème programme ATOM CHIPS,
coordonné par Chris Westbrook (IOTA). Ce réseau, comprenant 10 groupes, est en phase
de négociation de contrat avec la DG 12 et devrait débuter en janvier 2004.
Ce réseau s’intéresse à l’intégration de dispositifs expérimentaux de condensation de
Bose d’une vapeur atomique et aux applications qui accompagnent cette portabilité
(senseurs inertiels). En cette matière la conception de nouveau dispositif expérimental
rejoint totalement cet objectif. Notons qu’en matière de réduction de dimensionnalité, la
plupart des partenaires de ce réseau développent le confinement de type magnétique réalisé
par des microstructures conductrices, alors que nous poursuivons la voie du confinement
dipolaire.
Publications et communications COMETA
I.1.2.D.2 Publications et communications COMETA
ACL45 FAILACHE H., VALENTE P., BAN G., LORENT V. and LEZAMA A.,
Inhibition of electromagnetically induced absorption due to excited-state decoherence in Rb vapor,
Physical Review A, 67, 043810, (2003).
PRA: http://link.aps.org/abstract/PRA/v67/e043810
ACL46 COLOMBE Y., KADIO D., OLSHANII O., MERCIER B., LORENT V. and PERRIN H.,
Schemes for loading a Bose–Einstein condensate into a two-dimensional dipole trap
Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics 5, S155-S163, (2003).
Journal of Optics B: http://stacks.iop.org/1464-4266/5/S155
Preprint: http://fr.arxiv.org/abs/cond-mat/0304650
ACL47 DUNJKO V., LORENT V., OLSHANII M.,
Bosons in cigar-shape traps: Thomas-Fermi regime, Tonks-Girardeau regime, and in between,
arXiv: cond-mat,
Phys. Rev. Lett., 86, 5413-5416, (2001).
Preprint: http://fr.arXiv.org/abs/cond-mat/0103085
PRL: http://link.aps.org/abstract/PRL/v86/p5413
ACL48 DEKKER N.H., LEE C.S., LORENT V., THYWISSEN J.H., SMITH S.P., DRNDIC M.,
WESTERVELT R.M., PRENTISS M.,
Guiding neutral atoms on a chip,
Phys. Rev. Lett., 84, 1124-1127, (2000).
1 Orales
COM38 CARDOSO G. C., TABOSA J. W. R. and LORENT V.,
Four-wave mixing in a driven cold atomic vapor,
CLEO/QELS,
San Fransisco, Etats-Unis, (mai 2000).
2 Posters
COM39 PERRIN H., COLOMBE Y., KADIO D., MERCIER B. and LORENT V.,
Bose-Einstein condensate confined in two dimensions,
Bose-Einstein Condensation,
COM40 COLOMBE Y., PERRIN H., MERCIER B. et LORENT V.,
Condensat de Bose-Einstein confiné à deux dimensions,
COLOQ 8, colloque sur les lasers et l’optique quantique,
Congrès général de la Société Française de Physique,
COM42 COLOMBE Y., PERRIN H., KADIO D., OLSHANII M., MERCIER B. and LORENT V.,
A 2D trap relying on RF-dressed potentials,
Young Atom Opticians Conference,
Amsterdam, Pays-Bas, (juin 2003).
2D dressed potentials in a magnetic trap,
Euroschool on Quantum Gases in Low Dimensions,
Les Houches, France (avril 2003).
COM44 PERRIN H., COLOMBE Y., KADIO D., OLSHANII M., MERCIER B. and LORENT V.,
Loading a 2D evanescent light trap with a degenerate Bose gas,
Quantum Optics,
San Feliu de Guixols, Espagne (septembre 2002).
Publications et communications COMETA
7th International Workshop on Atom Optics and Interferometry, Lunteren,
Pays-Bas, (septembre 2002).
COM46 COLOMBE Y., PERRIN H., MERCIER B., and LORENT V.,
Towards a 2DAG (two-dimensional atomic gas),
Quantum Optics,
San Feliu de Guixols, Espagne (octobre 2001).
COM47 PERRIN H., COLOMBE Y., MERCIER B., and LORENT V.,
International Workshop Quantum Gases,
Konstanz, Allemagne (juillet 2001).
COM48 PERRIN H., MERCIER B., GORLICKI M., DUCLOY M., KELLER J.-C. and LORENT V.,
Towards a 2D degenerate quantum gas,
c) Conférences invitées (INV)
INV20
COLOMBE Y., PERRIN H., KADIO D., OLSHANII M., MERCIER B. and LORENT V.,
Loading a BEC in a 2D trap,
Les Houches, France, (avril 2003).
INV21
PERRIN H., COLOMBE Y., MERCIER B., and LORENT V.,
Quantum gases in lower dimension,
Russian-French Laser Symposium RFLS-2001, Vladimir, Suzdal,
Russie, (30 septembre-7 octobre 2001).
d) Ouvrages de vulgarisation (ou chapitres) (OV)
OV1
PERRIN H.,
Atomes ultra froids : la spécificité des basses dimensions.
Revue SupOptique Avenir 2003.
e) Autres activités internationales (AI)
AI1
LORENT V.,
Organisation de deux séminaires franco-russes (2001 et 2003).
AI2
PERRIN H.,
Organisation de l’Ecole internationale de physique QGLD 2003 aux Houches.
AI3
L’équipe est membre de deux réseaux européens : FASTNET (Field Atom Surface Training
NETwork) et Atom Chips.
I.1.2.E Horloges optiques et tests fondamentaux par spectroscopie et interferometrie
atomique et moleculaire – HOTES
Responsables :
Doctorants :
C. Chardonnet et Ch.J. Bordé (Directeurs de Recherche, CNRS).
A. Amy-Klein, C. Daussy, F. Du Burck (Maîtres de
Conférences), C.T. Nguyen (Ingénieur de Recherche, CNRS,
jusqu’en février 2002), M. Himbert (Pr. chaire de métrologie
CNAM) à temps partiel.
T. Marrel (sout. 15 décembre 2000), L.F. Constantin (sout. 18
décembre 2000), M. Ziskind (sout. 21 décembre 2001), C. Grain
(Allocataire MENRT, depuis septembre 2000).
Professeurs invités et chercheurs associés CNRS :
A. Shelkovnikov (Lebedev Institute, Troitsk, Russie), A.
Goncharov (Laser Physics Institute, Novosibirsk, Russie), D.
Krylova (Lebedev Institute, Moscou, Russie), R.J. Butcher
(Cavendish Laboratory, Cambridge, UK).
Autres collaborations internationales :
P. Schwerdtfeger (Université d’Auckland, Nouvelle-Zélande),
W. Ertmer (Université de Hanovre, Allemagne), P. Knight
(Université de Bath).
Collaborations nationales : BNM-SYRTE (A. Clairon, A. Landragin, N. Dimarcq) et LKB
(F. Biraben, Ch. Salomon), STIM-ENS Lyon (J. Crassous),
PhLAM-Lille (D. Petitprez), LADIR-Paris 6 (P. Asselin),
Institut d’Astrophysique Spatiale (A. Léger), BNM-INM (G.
Bonnier, J.-P. Wallerand).
I.1.2.E.1 Présentation générale des activités 2000-2003
L’équipe résulte de la fusion en 2000 de l’équipe « brisures de symétrie dans les
molécules, horloges optiques et génération d’ondes atomiques cohérentes » et de l’équipe
« métrologie visible ». Cette fusion était justifiée par la taille devenue sous-critique de la
seconde équipe et par le lancement de nouveaux thèmes impliquant les savoirs-faire de ces
deux groupes. La philosophie générale de l’équipe est de développer des outils
expérimentaux de très haute précision afin de pouvoir mener des expériences de physique
fondamentale originales.
Le thème de la recherche d’un effet de violation de la parité dans le spectre des
molécules chirales s’est poursuivi et est arrivé à présent à un tournant qui nécessite une
réorientation importante sur le plan expérimental. Nous avons également mené des
premières études de test du principe de Pauli dans le spectre de molécules polyatomiques.
Des progrès spectaculaires ont été obtenus avec l’expérience de franges de Ramsey à deux
photons sur un jet de SF6. Cette période a surtout été marquée par le développement de
deux nouveaux axes de recherche interconnectés : le développement d’un laser
femtoseconde appliqué à la métrologie des fréquences et la mise en place d’une liaison par
fibre optique entre le SYRTE (ex-LPTF – Laboratoire Primaire de Temps-Fréquence) et le
LPL. Celle-ci doit permettre des comparaisons de fréquences entre nos deux laboratoires.
Pendant cette période, trois thèses ont été soutenues : 2 en décembre 2000, et une en
décembre 2001. une quatrième le sera à l’automne 2003. L’habilitation de Anne AmyKlein a été soutenue en février 2001, celle de Frédéric Du Burck en juillet 2002.
a) Violation de la parité dans le spectre des molécules chirales CHFClBr
Nous avons poursuivi nos efforts pour tenter de relever le défi d’observer pour la
première fois un effet de violation de la parité dans les molécules. Ce sujet lancé en 1995
reprenant une vieille idée de 1974 (Rein et Lethokov) fascine nombre de scientifiques à
cause du possible lien entre la très petite différence d’énergie entre molécules chirales
gauches et droites et la préférence gauche ou droite observée dans les êtres vivants comme
l’illustre la double hélice de l’ADN rencontrée uniquement sous la forme droite.
Nous avions fait un premier test sur des échantillons de CHFClBr fournis par le
laboratoire de Stéréochimie et Interactions Moléculaires de l’ENS Lyon et nous n’avions
observé aucun écart de fréquences dans le spectre vibrationnel des énantiomères de cette
molécule dans la limite d’une sensibilité de 4.10-13. Cela représentait un progrès de 5
ordres de grandeur par rapport à la seule expérience sur le camphre opérée en 1977.
Parallèlement à nos expériences, plusieurs théoriciens ont calculé indépendamment l’écart
de fréquences attendu dans CHFClBr. Des valeurs concordantes situent l’effet à 2 mHz
(6.10-17).
Histogramme (Test 2000)
150
Valeur moyenne : -4.2 Hz
déviation standard : 16 Hz
780 mesures
σ
100
N
= 0.6 Hz
50
Après ce premier test, nous avons entrepris
une étude de la structure hyperfine de cette
molécule et pu déterminer un nouveau jeu
complet des constantes rovibrationnelles et
hyperfines pour deux espèces isotopiques de
cette molécule. Cela nous a permis de
sélectionner une raie dont la structure hyperfine
très compacte conduit à un meilleur rapport
signal sur bruit. Grâce à cela et à des
échantillons plus purs, un test avec une
sensibilité dix fois meilleure a été réalisé (cf
Fig. 20). Un écart de fréquence significatif a été
mis en évidence. Proportionnelle à la pression,
cette différence traduit non pas un effet de
violation de la parité qui est essentiellement
constant mais un effet lié aux impuretés
résiduelles des échantillons, inhérent à toute
expérience en cellule.
0
-200
-100
0
100
200
Différence de fréquence (−) − (+) (Hz)
Fig. 20 Écart de fréquences entre deux raies
de vibration-rotation « jumelles » à 30
THz des énantiomères de CHFClBr.
Nous avons atteint les limites de cette
expérience et seule une expérience sur jet
moléculaire où les effets collisionnels peuvent
être rendus négligeables pourra donner lieu à
une sensibilité supérieure.
Nous avons établi des contacts plus approfondis avec le groupe de chimistes quantiques
de P. Schwerdtfeger (Auckland – Nouvelle-Zélande) qui semble avoir développé les outils
numériques les plus performants pour traiter ce type de problème très complexe. Il est
notamment le seul à mener un calcul complètement relativiste. P. Schwerdtfeger concentre
ainsi ses efforts sur des systèmes moléculaires que nous pourrions étudier avec nos outils
expérimentaux. Il a montré qu’un écart de 51 mHz pouvait être espéré à la même longueur
d’onde (fréquence de vibration de la liaison C-F) sur la molécule de CHFBrI et un effet de
219 mHz pour la liaison C-F de ClHgCHFCl (P. Schwerdtfeger et al., PRL, accepté). Tout
récemment, il a calculé un effet supérieur à 1 Hz sur une molécule absorbant fortement à
10 µm.
Deux thèses ont été soutenues en relation avec ce sujet :
Thibaut Marrel : Le spectre à très haute résolution de la molécule chirale CHFClBr à
9,3µm : test de violation de la parité et étude de la structure hyperfine, le 15
décembre 2000.
Michael Ziskind : Spectroscopie infrarouge à ultrahaute résolution appliquée à
l’étude de symétries fondamentales dans les molécules polyatomiques : recherche
d’un effet de violation de parité et test du postulat de symétrisation, le 21 décembre
2001.
b) Test du principe de Pauli sur des molécules polyatomiques
Une originalité de la spectroscopie moléculaire à très haute résolution est la capacité à
détecter les niveaux quantiques individuels. Par ailleurs, les molécules polyatomiques de
haut degré de symétrie présentent des spectres qui constituent des confirmations de la
justesse du principe de Pauli. Curieusement, pratiquement aucune expérience n’a été
menée pour exploiter jusqu’aux limites ce type d’information et tester ce principe.
Néanmoins, récemment, des expériences ont été réalisées sur les molécules O2 et CO2
dont le principe consiste à rechercher un signal moléculaire là où les raies interdites par le
principe de Pauli devraient se trouver. La sensibilité de la détection en absence de signal et
la comparaison à la taille d’un signal permis donne alors une limite supérieure à la fraction
de noyaux d’oxygène 16 présentant un caractère fermionique.
Les molécules accessibles par notre spectromètre, SF6 et OsO4 présentent des degrés de
symétrie possibles beaucoup plus élevés (dimension deux et trois). Dans le cas de SF6,
nous avons affaire à un noyau de fluor de spin ½. De ce fait, nous pouvons tester de façon
beaucoup plus large le principe de Pauli. En particulier, nous ne nous limitons pas à
considérer des molécules dont les seules fonctions d’ondes nucléaires que l’on peut
construire mathématiquement sont totalement symétriques ou antisymétriques. Nous avons
ainsi placé une borne supérieure de 4,4.10-4 dans le cas de OsO4 et de 7,8.10-6 dans le cas
de SF6 pour la fraction de noyaux ne respectant pas le principe de Pauli. Ces limites
supérieures peuvent paraître modestes (10-11 a récemment été annoncé dans le cas de
CO2). Cela provient de l’existence de bandes chaudes dans le cas de OsO4 en quasicoïncidence avec la région explorée et du rapport signal-sur-bruit limité pour SF6, imposé
par les conditions de très haute résolution nécessaire pour bien isoler les différentes
composantes hyperfines.
Ce travail pionnier a donné lieu à la deuxième partie de la thèse de M. Ziskind.
c) Interaction laser-matière : franges de Ramsey à deux photons
L’un des axes « historiques » de l’équipe est le développement de méthodes de
spectroscopie à ultra-haute résolution, une des applications étant la métrologie des
fréquences optiques. Après avoir exploré le potentiel offert par l’absorption saturée
(régime transit, détection de molécules lentes, franges de Ramsey à trois et quatre zones),
nous nous sommes tournés vers la spectroscopie à deux photons très peu considérée en
spectroscopie moléculaire à cause du manque de données disponibles. Il s’est avéré que la
bande 2ν3 de SF6 présentait une très belle transition à deux photons accessible par notre
spectromètre et nous avons observé pour la première fois une sélection de molécules lentes
sur une transition à deux photons, puis de premiers signaux de franges de Ramsey. Au
cours de ces quatre années, nous avons amélioré étape par étape à la fois la résolution et la
détectivité de cette expérience.
Structure hyperfine de la transition P(4)E0
de la bande 2ν3 de SF6
-24
-8
-22
-20
-6
-4
10
8
-18
-16
-2
12
-14
0
14
-12
2
16
-10 /kHz
4
18
6 /kHz
20
22 /kHz
Fig. 21 Franges de Ramsey à deux photons à 30 THz avec
un jet supersonique de SF6 pur – 0,2s/point.
Le principe de l’expérience est de faire interagir un jet supersonique de SF6
éventuellement ensemencé d’Hélium, avec deux ondes stationnaires en phase générées
Amlpitude (u. arb..)
Frange centrale du signal de SF6
100 Hz
S/B[1Hz]=45
Écart à résonance (50 Hz/div)
Fig. 22 Frange centrale enregistrée dans les conditions
optimales – 1s/point.
dans une cavité Fabry-Perot. L’onde laser est en résonance avec la transition P(4)E0 de 2ν3
de SF6. La population du niveau de base est augmentée dans un jet ensemencé d’He grâce
au meilleur refroidissement rotationnel au prix d’une vitesse moyenne plus élevée. La
résolution atteinte est simplement donnée par u/2D où D est la distance entre zones, et u la
vitesse moyenne. Les dernières améliorations ont porté sur plusieurs points :
Passage d’une cavité en graphite (qui s’est avérée trop sensible aux vibrations) à une
première cavité en invar. Distances entre zones possibles 10, 20 et 50 cm.
Blindage magnétique indispensable dès que la période des franges est inférieure à 1,5
kHz.
Nouvelle cavité en invar permettant une distance entre zones de 1m.
Nouveau système de détection qui repose sur l’emploi d’un faisceau auxiliaire qui
sonde la population dans le niveau excité v3 =2 en stimulant l’émission vers le niveau
v3=1. Une cavité de haute finesse (1800) est placée autour de la zone d’interaction afin
d’accroître la sensibilité. Enfin pour détecter l’ensemble de la population dans le niveau v3
=2, une modulation de fréquence est appliquée pour générer un peigne de fréquences ayant
une largeur se rapprochant de la largeur Doppler (10 MHz).
Ces modifications ont permis d’accroître considérablement la détectivité de
l’expérience. Nous avons ainsi observé, avec un interzone de 1 m, des franges de Ramsey
de demi-période 100 Hz avec S/B1Hz=45 pour un jet de SF6 pur (cf. Fig. 22) et 170 Hz avec
S/B1Hz=80 pour un jet avec 20% de SF6. Les figures 2 et 3 illustrent sans ambiguïté ces
progrès spectaculaires tant en résolution qu’en rapport S/B obtenus par la méthode des
franges de Ramsey à deux photons. En outre, des progrès de détectivité sont encore
largement possibles car l’expérience est limitée par le bruit technique du laser qui se situe
plus d’un facteur 10 au-dessus du bruit de photons. Il s’agit d’un résultat décisif qui ouvre
la voie à des expériences encore plus précises que celles que nous avons pu mener jusque
là et qui devrait pouvoir être généralisé à d’autres étalons de fréquences optiques.
Le sujet a donné lieu à la soutenance de thèse de L.F. Constantin le 18 décembre 2000
qui a ensuite intégré le CNRS comme chargé de recherche et rejoint le groupe de
spectroscopie moléculaire du PhLAM. Les développements plus récents sont l’objet de la
thèse de Christophe Grain qui soutiendra avant décembre 2003.
Précisons que depuis la fin de l’année 1999, cette expérience est régulièrement
renforcée par la venue de Alexander Shelkovnikov du Lebedev Institute de MoscouTroitsk qui a bénéficié de plusieurs séjours de chercheur associé du CNRS et de mois de
professeur invité.
d) Liaison par fibre optique entre le BNM-SYRTE et le Laboratoire de Physique des
Lasers
Après de longues négociations avec France Télécom débutées en 1997, nous avons pu
obtenir la réalisation d’une liaison directe par fibre optique de 43 km entre le Laboratoire
de Physique des Lasers et le BNM-SYRTE. Cette liaison est opérationnelle depuis le début
janvier 2002. La mise en place de cette liaison a été rendue possible grâce à une action
spécifique du ministère de la recherche en tant que ministère de tutelle du Bureau National
de Métrologie et un soutien de l’Université Paris 13. Un plan pluri-formation avec le LKB
(François Biraben) et le BNM-SYRTE (André Clairon) obtenu dans le cadre du présent
contrat quadriennal soutient également cette opération.
liaison par fibre optique longue de 43 km
σy(τ) d’ Allan
Déviation
1E-12
Etat de l’art pour
le signal à 100 MHz
1E-13
HMa
1E-14
Osc. Saphir Cryo.
ser
1E-15
Lien par fibre optique
Cs
-fo
nta
ine
Le principe d’utilisation de cette
fibre est d’envoyer un signal
d’horloge radiofréquence généré au
SYRTE sous la forme d’une
modulation d’amplitude appliquée
sur une diode laser émettant à
1.55 µm. Cette modulation à 100
MHz et, à terme, à 1 GHz est
récupérée au Laboratoire de
Physique des Lasers au niveau d’un
photodétecteur rapide.
L’évaluation du bruit rapporté par
la fibre elle-même a été menée ; elle
Temps
(s)
Time (s)
révèle un bruit de fréquence (pour
un aller-retour) très faible de l’ordre
Fig. 23 Perturbation introduite par une propagation dans
de 0.5.10-13/Hz (cf. Fig. 23) soit la
une fibre optique de 43 km de long d’un signal à
moitié pour un aller car le bruit est
100 MHz porté par une onde laser à 1, 55µm.
fortement corrélé entre les deux
fibres utilisées) qui n’est pas une
limitation pour l’ensemble des expériences que nous avons menées. Un système de
correction de ce bruit est en cours d’élaboration en collaboration avec le BNM-SYRTE qui
a besoin d’un dispositif analogue pour les projets spatiaux de comparaison d’horloges
embarquées. La modulation provient actuellement d’un maser à hydrogène raccordé au
TAI (Temps Atomique International) qui fournit une référence de fréquence dont la
stabilité se situe au niveau de 10-13/ Hz et dont l’exactitude est donnée par le TAI. Il peut
donc atteindre 10-15 quand la fontaine atomique du SYRTE est utilisée pour l’étalonnage.
1E-16
0,1
1
10
100
1000
10000
Précisons que l’ensemble des résultats suivants n’ont pu être obtenus que grâce à cette
liaison à l’étalon primaire du SYRTE.
e) Laser femtoseconde pour la métrologie des fréquences optiques
Cette nouvelle opération scientifique est sous la responsabilité de Anne Amy-Klein,
maître de conférences, puisqu’elle a bénéficié d’une ACI jeunes chercheurs en 2000 ainsi
que d’un financement « jeunes chercheurs » de la part du CNRS. Elle a, en outre, bénéficié
de 18 mois de délégation CNRS et vient de recevoir le prix Aimé-Cotton de la SFP.
Ce projet repose sur une utilisation originale d'un laser à verrouillage de modes. Le train
d’impulsions de quelques dizaines de femtosecondes générées par un tel laser présente un
spectre ayant l’allure d’un peigne de fréquences parfaitement équidistantes dont l’écart est
le taux de répétition du laser et dont l’enveloppe est l’inverse de la durée d’une impulsion.
Cette propriété a été récemment exploitée pour comparer des fréquences très différentes
allant du domaine radiofréquence jusqu’au visible, en premier lieu par le groupe de T.
Hänsch (Garching) puis par celui de J.L. Hall (Boulder – Co).
La comparaison de fréquences avec un laser femtoseconde s'effectue en deux étapes. Il
faut d'abord asservir le battement entre deux modes de l’impulsion laser séparés de m fois
Diode laser
852 nm
δ1
νréf (CO2)
p frép
Diode laser
788 nm
δ2
ν
frép
Fig. 24 Mesure de la fréquence du laser CO2.
le taux de répétition sur une fréquence de référence ν réf : mf rép = ν réf . Le contrôle de
f rép est simplement obtenu en agissant sur la longueur de la cavité laser. Ensuite, pour
déterminer une fréquence ν, on mesure la différence ∆ entre cette fréquence ν et un autre
battement entre modes de l’impulsion : ∆ = ν − n f rép . Cette application ne permet en fait
de mesurer que des fréquences inférieures à la largeur spectrale de l’impulsion, qui est de
quelques dizaines de THz pour un laser Ti:Sa (autour de 800 nm). C'est le cas du laser CO2
(de fréquence 30 THz) pour lequel nous devons cependant utiliser deux oscillateurs
intermédiaires à 852 et 785 nm. Il s'agit alors de mesurer leurs deux battements avec le
laser femtoseconde, alors que leur différence de fréquence est asservie en phase sur la
fréquence du laser CO2 :
ν(CO2) = ν(diode 788 nm) - ν(diode 852 nm) et ν (CO2 )= p frép + δ1 + δ2 (1).
La mesure du taux de répétition est effectuée en référence au signal du maser à H du
SYRTE, transmis par la fibre optique. La stabilité relative de cette référence est pour
l'instant largement suffisante, car supérieure à celle du laser CO2 stabilisée sur une raie
moléculaire. On obtient finalement la fréquence absolue du laser à CO2 qui est un multiple
entier, en général facilement connu, de ce taux de répétition.
Comme première application, nous avons vérifié le bon fonctionnement en mesurant
une raie de saturation d'OsO4, étalon secondaire pour la "mise en pratique" du mètre
recommandé par le BIPM. Nous avons obtenu un écart de -16 Hz par rapport à une mesure
du SYRTE (avec une méthode classique de chaîne de fréquences), avec une incertitude de
58 Hz (déviation standard 1-σ).
Nous nous sommes ensuite lancés dans la mesure des fréquences des raies lasers de
CO2. Nous avons ainsi réalisé la première mesure absolue d’une raie laser de la branche à 9
µm enregistrée par absorption saturée à très haute résolution, avec une précision améliorée
de deux ordres de grandeur par rapport aux deux seules mesures existantes. Un écart
significatif par rapport à la valeur publiée a été trouvé : ν mesuré - ν biblio = -1391 Hz ± 51
Hz pour la raie P(22). L’ensemble de nos mesures à 9 et 10 µm nous permet de calculer un
nouveau jeu de constantes moléculaires pour CO2 n’utilisant que des mesures d’absorption
saturée. Ils devraient remplacer l’ensemble des résultats comparables publiés par le NIST
(USA) et obtenus par fluorescence saturée, méthode moins précise par deux ordres de
grandeur mais qui est à la base de l’étalonnage de spectres infrarouges pour nombre de
laboratoires.
Nombre de Mesures
Le plus significatif est le fait d’avoir pu comparer les performances métrologiques du
signal de franges de Ramsey à
deux photons (voir Fig. 24) par
Reproductibilité de l’étalon de fréquence
rapport au signal de référence
CO2/SF6 par rapport au H-maser/fontaine à Cs
issu de la fibre optique. La
fréquence du laser à CO2
Fréquence de la frange centrale de SF6
préstabilisé
sur un fort signal
8
de saturation de OsO4 et
σ = 1.4 Hz
7
stabilisé
sur des temps
6
24 séries expérimentales
supérieurs
à
1 s sur la frange
5
centrale du signal de Ramsey a
4
pu être mesurée par rapport à
3
la fréquence du maser à
2
hydrogène. Cette expérience
1
mettait donc en œuvre pour la
0
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
première fois simultanément
Ecart à la moyenne / Hz
l’ensemble des dispositifs
Fig. 25 Histogramme des mesures de fréquences de la frange de
développés séparément : fibre
Ramsey centrale. Ecart à la moyenne de la fréquence absolue :
optique, laser femtoseconde et
28 412 764 347 323.0 Hz.
jet moléculaire. Elle traduit
l’excellente maîtrise technique
de l’équipe. Elle a révélé une reproductibilité de la fréquence de l’ordre du 1 Hz soit 3.1014
. C’est le meilleur résultat jamais obtenu dans ce domaine spectral. Il est en particulier
meilleur que ceux des étalons CO2/OsO4 développés pendant 20 ans au laboratoire et à
l’Observatoire de Paris. La stabilité du laser stabilisé sur le signal de frange est
actuellement de 3.10-13 sur une seconde. Ceci est limité pour la chaîne de mesure
électronique et la référence au maser, et devrait être prochainement largement amélioré. Il
faut noter que sans le développement de ces outils – laser femtoseconde et lien optique
avec le SYRTE –, nous serions incapables de caractériser expérimentalement les
performances métrologiques de l’expérience de franges de Ramsey.
Enfin, grâce au laser femtoseconde, il est également possible de mesurer des fréquences
absolues dans le domaine visible bien que la fréquence à mesurer soit plus élevée que la
largeur du peigne. Pour cela, grâce à une collaboration développée avec l’université de
Bath, nous avons obtenu quelques échantillons de fibres à cristal photonique qui permet
d’étendre jusqu’à plus d’une octave le spectre du laser femtoseconde par un mécanisme
d’auto-modulation. Le spectre élargi en sortie de fibre forme un peigne de fréquences avec
le même niveau de régularité. En doublant la partie basse fréquence et en la comparant à la
partie haute fréquence, on peut en déduire la fréquence absolue de chaque mode qui est de
la forme p frép + δ. Nous avons ainsi mesuré la fréquence absolue d’un laser à argon ionisé
stabilisé sur une raie de l’iode moléculaire à 514 nm par rapport à l’étalon primaire du
SYRTE. La précision atteinte est de 750 Hz, soit 1.3.10-12. C’est un gain de 2 ordres de
grandeur par rapport à la précision de la valeur recommandée par le Bureau International
des Poids et Mesures (BIPM). Cette mesure en accord avec une mesure concomitante
réalisée au JILA – Boulder vient d’être prise en compte dans la nouvelle valeur qui sera
prochainement recommandée par le BIPM.
Ces travaux ont bénéficié du concours de Andreï Goncharov du Laser Physics Institute
de Novosibirsk qui a obtenu un poste PAST pour la période 2001-2003.
f) Spectroscopie hyperfine Raman de très haute précision de l’iode moléculaire
En 2000, nous avons achevé les mesures d’écarts de fréquence entre les sous-niveaux
hyperfins du niveau électronique fondamental de la molécule d’iode par spectroscopie
Raman stimulée. Rappelons que dans cette expérience, on excite les transitions optiques
entre l’état fondamental X et l’état excité B de la molécule avec un laser Ar+ à 514 nm ou
501 nm. Les résonances étroites obtenues, limitée par le transit et les collisions, permettent
une mesure très précise de l’écart de fréquence entre les sous-niveaux du fondamental.
Nous avions auparavant réalisé de telles mesures pour les états de rotation J=13 et 15 à
514,5 nm et J=26 à 501,7 nm. Nous avons ainsi complété ce travail par des mesures pour
J=54 et 55 à 501,7 nm. On en a déduit les constantes hyperfines suivant l’état de rotation
de la molécule. On a ainsi montré une évolution très sensiblement linéaire de la constante
de couplage quadrupolaire avec J(J+1). Ces résultats, associés à ceux obtenus en
spectroscopie de saturation (écart entre les raies principales), permettent l’analyse
indépendante des états fondamentaux et excités pour la prédiction des fréquences des
étalons basés sur les transitions hyperfines de l’iode.
L’analyse des signaux détectés en spectroscopie Raman stimulée a par ailleurs montré la
possibilité d’une technique haute fréquence (la fréquence de modulation est bien plus
élevée que la largeur de la transition étudiée) en transfert de modulation. La fréquence de
modulation est en fait limitée par la largeur de la transition optique. Cette technique à
permis la détection de raies extrêmement étroites en spectroscopie Raman stimulée
(HWHM= 2,6 kHz) et en spectroscopie Rayleigh stimulée (HWHM=2,1 kHz).
g) Nouveaux systèmes de modulation-détection
Parallèlement, des efforts instrumentaux ont été menés en spectroscopie de bandes
latérales en modulation haute fréquence. Sa très haute sensibilité reste limitée par la
modulation d’amplitude résiduelle induite par le modulateur de phase ou de fréquence
utilisé qui entraîne l’apparition d’un fond continu important, la transposition du bruit basse
fréquence à la fréquence de modulation et la distorsion des signaux détectés. Nous avons
pratiquement éliminé ces défauts par transfert de modulation et par un choix judicieux des
paramètres de modulation et de détection, en spectroscopie Raman stimulée et en
spectroscopie de saturation haute fréquence avec modulation du faisceau sonde.
Nous nous sommes ensuite consacré à la correction directe de la modulation
d’amplitude du faisceau avant son interaction avec l’échantillon. Il faut souligner que peu
de méthodes ont été proposées en raison de la fréquence de modulation élevée (au moins
quelques MHz). Il s’agit d’une méthode de correction en bande étroite autour de la
fréquence de détection fondée sur un dispositif adaptatif. La correction n'est nécessaire que
dans une bande de fréquence restreinte autour de la fréquence de détection f0 qui vaut
quelques mégahertz. Le signal de correction est une estimation de la perturbation à la
fréquence f0 qui est soustraite du signal d’entrée. On réalise ainsi une réjection très efficace
des composantes autour de la fréquence f0. De plus, on peut suivre d’éventuelles dérives de
f0. Les premiers essais ont été réalisés en contrôlant la puissance du faisceau par un
modulateur acousto-optique. Ils ont montré qu’on pouvait atteindre une réjection de 70 dB
de la modulation d’amplitude du faisceau à 2,5 MHz. La mise en oeuvre d’un tel dispositif
en spectroscopie de bandes latérales en modulation haute fréquence a conduit à une très
nette amélioration du rapport signal à bruit des signaux détectés avec une très basse
pression d’iode dans la cellule (0,1 Pa). Nous avons pu utiliser ces signaux pour la
stabilisation du laser Ar+ à 514 nm lors de la mesure absolue de sa fréquence qui a été
présentée au paragraphe A.V.
Ces premiers résultats ouvrent des perspectives très prometteuses dans la réduction
d’effets systématiques dans la réalisation d’étalons de fréquence optique.
h) Interférométries atomique et moléculaire
L’équipe participe, via plusieurs collaborations, à la conception et/ou à la modélisation
de projets expérimentaux d’horloges interférométriques à ondes atomiques et de
gyro/accéléromètres à atomes froids, sur terre et dans l’espace :
Gyro/accéléromètre à atomes froids en cours de construction au SYRTE et à
Hanovre.
Horloges optiques utilisant des interféromètres à atomes de calcium, magnésium ou
strontium piégés refroidis (PTB, Hanovre, Boulder, Paris).
Projet de mesure précise de la masse de l'atome d'hydrogène et horloge à hydrogène
à Garching,
Projet européen de grand interféromètre atomique dans l'espace (HYPER ) pour la
mesure de l'effet Lense-Thirring, de la constante de structure fine ainsi que l'étude du
principe d’équivalence au niveau atomique et d’ effets de décohérence d'origine
variée.
Dans ce cadre notre effort principal porte sur la poursuite d’une théorie quantique
relativiste rigoureuse des horloges (pièges et fontaines) et des capteurs inertiels à atomes
froids en liaison avec ces projets expérimentaux.
Nous avons repris, depuis 1999, le formalisme ABCD de l'optique Gaussienne pour la
description de la propagation des ondes atomiques, démarche initiée en 1990. Ce
formalisme simplifie beaucoup les calculs dans la plupart des systèmes d'optique atomique.
Il a été complété pour incorporer des champs gravito-inertiels de nature quelconque,
étendu à trois dimensions avec des tenseurs quelconques et un contenu modal des ondes
atomiques arbitraire. Un programme Mathematica permet de modéliser un interféromètre
dans le cas général. L’effort porte aujourd’hui sur une meilleure description des
séparatrices dans lesquelles il faut tenir compte de l’action simultanée des champs gravitoinertiels et des champs laser.
Nous avons aussi pu faire beaucoup progresser le calcul des déphasages relativistes.
Partant de l'équation de Dirac en espace-temps courbe, la sensibilité des interféromètres
aux champs extérieurs a été estimée grâce à des expressions générales du déphasage. Nous
avons ainsi pu retrouver tous les effets intéressants, résultant d'interactions avec des
champs électromagnétiques ou gravitationnels extérieurs. Nous avons également
développé une approche en espace-temps plat, dans laquelle le champ de Dirac est
quantifié en présence d'un champ de spin deux pour la gravitation. Cette approche nous a
permis de mieux préciser les concepts d' interactions gravitoélectrique et
gravitomagnétique dans un cadre relativiste covariant.
Une des retombées des études précédentes a été de démontrer clairement que l'origine
des franges de Ramsey était imputable, non pas à la précession du spin fictif représentant
l'évolution des degrés de liberté internes, mais à une impulsion supplémentaire
communiquée à l'atome lors de sa traversée des zones de champ, dans le cas où ces zones
sont séparées dans l'espace (application directe aux horloges de type PHARAO ou aux
expériences de franges de Ramsey à deux photons du laboratoire de Villetaneuse).
Une autre retombée de cette théorie a été de mettre en évidence un effet de recul
résiduel en spectroscopie à deux photons, lié à la taille transverse nécessairement finie des
faisceaux laser et qui introduit un déplacement appréciable dans le cas de la raie 1s-2s de
l'atome d'hydrogène mesurée par cette méthode à Garching ou dans les expériences de
spectroscopie à deux photons de l'hydrogène de D. Kleppner au MIT.
L'ensemble de ces recherches a une unité et une cohérence sous-jacentes: leur cadre
conceptuel est celui qui est imposé par la description quantique relativiste d'un objet
composite (atome ou molécule) possédant des degrés de liberté internes et dont le centre de
masse évolue dans l'espace-temps externe, en présence de champs électromagnétiques et
gravitationnels extérieurs. Cette description requiert, en effet, de traiter les atomes dans un
état donné, comme des champs relativistes de masse et de spin donnés, en interaction avec
les champs extérieurs. Dans un langage moderne, les champs extérieurs imposant une
évolution dans l'espace interne (la fibre n'est autre que la sphère de Bloch pour un système
à deux niveaux) jouent le rôle de champs de jauge locale. Leur action peut être décrite au
moyen d'une dérivée covariante généralisée et donc d'une connexion généralisée. Le
problème de la parité dans les systèmes composites est un point-clé pour l'établissement de
cette connexion. Un interféromètre atomique ou moléculaire, permettant de comparer le
transport parallèle du vecteur d'état selon deux chemins différents, n'est pas autre chose
qu'un dispositif destiné à mesurer cette connexion (la courbure du fibré). Toute cette
démarche devrait aussi permettre de mieux comprendre et modéliser ce qu'est une horloge
atomique ou moléculaire en Relativité. Enfin, le traitement des atomes par la théorie des
champs rétablit la symétrie entre l'optique atomique et l'optique traditionnelle et la
deuxième quantification suit naturellement pour prendre en compte le caractère bosonique
ou fermionique des atomes ou des molécules.
Cette théorie quantique relativiste rigoureuse des interféromètres à ondes de matière est
devenue essentielle pour les projets d'horloges atomiques et de senseurs gravitationnels,
autant pour leurs applications directes que pour préparer des tests fondamentaux de
mécanique quantique relativiste, sur Terre et peut-être surtout dans l'espace.
D’autre part une molécule polyatomique en rotation peut être vue comme un ensemble
de bosons ou de fermions piégés dans un champ électrique et soumis à un champ d’inertie.
On peut donc considérer cette molécule comme un interféromètre à ondes nucléaires
pouvant acquérir une phase Sagnac (Un nouveau type de gyro a été conçu à partir de cette
vision des molécules). L’échange des particules identiques peut lui aussi être discuté en
termes d’interférences de champs nucléaires dans cet interféromètre.
Publications et communications HOTES
I.1.2.E.2 Publications et communications HOTES
ACL49 DU BURCK F., LOPEZ O.,
Correction of the distortion in frequency-modulation spectroscopy,
Soumis à Meas. Sci. Technol.
Signal detection in FM spectroscopy with a residual amplitude modulation,
Soumis à IEEE Trans. Instrum. Meas.
ACL51 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., LOPEZ O., DU BURCK F., CHARDONNET C.,
Absolute frequency measurement of iodine-stabilized Ar+ laser at 514.6 nm using a femtosecondlaser-based optical clockwork,
Metrologia, soumis.
ACL52 SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A., GONCHAROV A.,
CHARDONNET C.,
Two-photon Ramsey fringes at 30 THz referenced to an H Maser / Cs fountain via an optical
frequency comb at the 1 Hz level,
IEEE Quant. Electron., soumis.
ACL53 BORDE Ch.J.,
Quantum theory of atom-wave beam splitters and application to multidimensional atomic gravitoinertial sensors,
General Relativity and Gravitation, à paraître.
ACL54 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., DAUSSY C., GRAIN C., LOPEZ O., G. SANTARELLI, C.
CHARDONNET,
Absolute frequency measurement in the 28 THz spectral region with a femtosecond laser comb and
a long-distance optical link to a primary standard,
Appl. Phys. B, à paraître.
ACL55 CRASSOUS J., MONIER F., DUTASTA J.-P., ZISKIND M., DAUSSY C., GRAIN C.,
CHARDONNET C.,
Search for resolution of chiral fluorohalogenomethanes and parity-violation effects at the
molecular level,
ChemPhysChem, 6, 541-548, (2003).
ACL56 ANTOINE CH., BORDE CH.J.,
Exact phase shifts for atom interferometry,
Phys. Lett. A, 306, 277-284,(2003).
Quantum theory of atomic clocks and gravitoinertial sensors: an update,
J. Opt. B Quantum Semiclass. Opt., 5, S99-S200, (2003).
ACL58 DU BURCK F., LOPEZ O., ELBASRI A.,
Narrow-band correction of the residual amplitude modulation in FM spectroscopy,
IEEE Trans. Instrum. Meas., 52, 288-291, (2003).
Stabilization of a laser beam intensity at 2.5 MHz,
Elect. Lett., 38, 1447-1449, (2002).
ACL60 ZISKIND M., DAUSSY C., MARREL T., AND CHARDONNET C.,
Improved Sensitivity in the Search for a Parity-Violating Energy Difference in the Vibrational
Spectrum of the Enantiomers of CHFClBr,
Euro. Phys. J. D, 20, 219-225, (2002).
ACL61 SCHWERDTFEGER P., LAERDAHL J.K. and CHARDONNET C.,
Search for parity violation in the C-F stretching mode of chiral methyl fluorides,
Phys. Rev. A, 65, 0425081-7, (2002).
ACL62 GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J. and CHARDONNET C;
High-sensitivity detection of two-photon Ramsey fringes at 30 THz by frequency-comb assisted
stimulated emission,
IEEE J. of Quant. Elec., 38, 1406-1411, (2002).
ACL63 BORDÉ Ch.J.,
Atomic clocks and inertial sensors,
Metrologia, 39, 4, (2002).
ACL64 HEUPEL T., MEI M., NIERING M., GROSS B., WEITZ M., HÄNSCH T.W. and BORDÉ Ch.J.,
Hydrogen atom interferometer with short light pulses,
Europhysics Lett., 57, 158-163, (2002).
ACL65 DU BURCK F., WALLERAND J-P., MERCIER B., GONCHAROV A.N., HIMBERT M. and
BORDÉ Ch.J.,
Resolving power and sensitivity in modulation transfer stimulated resonant Raman spectroscopy,
IEEE J. Quantum Elect., 37, 837-843, (2001).
ACL66 DU BURCK F., WALLERAND J-P., GONCHAROV A.N. and HIMBERT M.,
High-frequency modulation transfer technique for ultra-high resolution spectroscopy of I2,
IEEE Trans. Instrum. Measur, 50, 493-496, (2001).
ACL67 HUONG F-L., YE J., MA L-S., PICARD S., BORDÉ Ch.J. and HALL J. L.,
Rotation dependence of electric quadrupole hyperfine interaction in the ground state of molecular
iodine by high resolution laser spectroscopy,
J. Opt. Soc. Am. B, 18, 379-387, (2001).
ACL68 BORDÉ Ch.J. et TOUBOUL P.,
Missions spatiales en physique Fondamentale: Avant-propos,
C.R. Acad. Sci. Paris, t.2, Série IV, 1243-1248, (2001).
ACL69 BORDÉ Ch.J.,
Theoretical tools for atom optics and interferometry,
ACL70 CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., BORDÉ Ch.J., GRAIN C.,
CONSTANTIN L., NGUYEN C. T., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J. and AMY-KLEIN
A.,
Search for a frequency difference in the spectrum of the enantiomers of chiral molecules: how to
reach a sensitivity better than 10-14,
Proceedings of the SPIE conference: Laser Frequency Stabilization, Standards, Measurement, and
Applications, édité par Jun Ye and John L. Hall, 4269, 8-17, (2001).
ACL71 MARREL T., ZISKIND M., DAUSSY C. and CHARDONNET C.,
High precision rovibrational and hyperfine analysis of the n4=1 level of
bromochlorofluoromethane,
Journal of Molecular Structure 599, 195-209, (2001).
ACL72 SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
500-Hz two-photon Ramsey fringes with a SF6 beam: towards a new frequency standard in the 30THz spectral region
App. Phys. B 73, 93-98 (2001).
ACL73 AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L. F., BUTCHER R. J., CHARTON G. and CHARDONNET
C.,
High-resolution spectroscopy with a molecular beam at 10.6 µm,
Physical Review A, 63, 013404-1-8, (2000).
ACL74 DAUSSY C., DUCOS F., ROVERA G.D., ACEF O.,
Performance of OsO4 stabilized CO2 lasers as optical frequency standards near 29 THz,
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 47, 518-521, (2000).
ACL75 ACEF O., BORDÉ Ch.J., CLAIRON A., PIERRE G. and SARTAKOV B.,
New accurate fit of an extended set of saturation data for the ν3 band of SF6. Comparison of
Hamiltonians in the spherical and in the cubic tensor formalisms,
Journal of Molecular Spectroscopy, 199, 188-204, (2000).
SCL12
NARBONNEAU F., LOURS M., DAUSSY C., LOPEZ O., CLAIRON A., SANTARELLI G.,
Ultra-Stable Optical Links for Metrological Applications,
Proceedings of european frequency and time forum and 2003 FCS EFTF JM, à paraître.
SCL13
BORDÉ P., PERRIN G., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., MAZÉ G.,
Updated results on prototype chalcogenide fibers for 10 µm wavefront spatial filtering,
Proceedings of the conference "Toward Other Earths, Darwin/TPF and the search for extrasolar
terrestrial planets", ESA SP-539, à paraître.
SCL14
DAUSSY C., LOPEZ O., CHARDONNET C., NARBONNEAU F., LOURS M., SANTARELLI
G.,
Transmission of an optical frequency standard utilizing an 85 km fiber optic link,
Europhysics Conference Abstracts, 27E, EF-04-MON, (2003).
SCL15
BORDE P., PERRIN G., NGUYEN T., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., RAYNAL P.-I., LEGER
A., MAZE G.,
10-micron wavefront spatial filtering : first results with chalcogenide fibers,
Proc. SPIE, 4838, Interferometry for Optical Astronomy II (2002).
SCL16
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., GRAIN C., ZISKIND M., MARREL T.,
SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., DAUSSY C. and CHARDONNET C.,
Ultra-high resolution infrared spectroscopy: state-of-the-art and applications,
à paraître dans Proceedings de 26th International Conference on Infrared and Millimeter Waves
IRMMW (2001).
SCL17
SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
Two-photon Ramsey fringes at 10 microns with a 50 cm interzone distance,
Proceedings 15th EFTF, 145-148 (2001).
SCL18
WOLF P., BIZE S., CLAIRON A., LANDRAGIN A., LAURENT P., LEMONDE P. and BORDÉ
Ch.J.,
Recoil effects in microwave atomic frequency standards: Preliminary results,
Proceedings of the 2001 IEEE International Frequency Control Symposium, Seattle, IEEE, 37-45,
(2001).
SCL19
BAGNASCO G., BINGHAM R., BORDÉ Ch.J. et al.,
High Precision Atom Interferometry in Space : the HYPER Project,
Proceedings of the 52nd International Astronautical Congress, (2001),Toulouse, France, published
by the International Astronautical Federation or the International Academy of Astronautics.
SCL20
BINGHAM R., BORDÉ Ch.J. et al.,
HYPER, Hyper-Precision Cold Atom Interferometry in Space,
Assessment Study Report, ESA-SCI, 10, (2000).
SCL21
ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., BORDÉ C. J. and CHARDONNET C.
Parity violation test in chiral molecules by laser spectroscopy at 10-13 level,
Conference Digest, Proceedings of IQEC, IEEE, (2000).
SCL22
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., and
CHARDONNET C.
Towards a novel frequency standard in the infrared region using a supersonic beam of SF6 EFTF,
1 Orales
COM49 BORDE P., PERRIN G., NGUYEN T., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., RAYNAL P.-I., LEGER
A., MAZE G.,
Interferometry for Optical Astronomy II,
Waîkoloa, Hawaï, (22-28 août 2002).
COM50 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., DAUSSY C., GRAIN C., LOPEZ O., CHARDONNET C. et
SANTARELLI G.,
Absolute frequency measurements of the OsO4 stabilized CO2 frequency standard and of 9 µm CO2
laser lines with a femtosecond laser comb,
IQEC 2002,
Moscou, Russie, (22-28 juin 2002), (Post-deadline).
COM51 CHARDONNET C., AMY-KLEIN A., BORDÉ Ch.J., BUTCHER R.J., CONSTANTIN L.F.,
DAUSSY C., GONCHAROV A., GRAIN C., MARREL T., SHELKOVNIKOV A. et ZISKIND
M.,
Mesures de haute précision et applications à la physique moléculaire, journée thématique «
métrologie et physique fondamentale »,
Université Paris 6, France, (7 mai), (2002).
COM52 CHARDONNET C.,
Présentation des thèmes de recherche du Laboratoire de Physique des Lasers,
première demi-journée de l’IFR Paris-Nord Plaine de France,
Villetaneuse, France, (21 mars), (2002).
La spectroscopie moléculaire au Laboratoire de Physique des Lasers,
SPECMO,
CNRS Paris, France, (30 janvier), (2002).
COM54 SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
EFTF'01,
Neuchâtel, Suisse, (6-8 mars 2001).
COM55 BORDÉ Ch.J. et TOUBOUL P.,
Rédacteurs en chef invités d’un numéro spécial des Comptes-Rendus sur les missions spatiales en
physique fondamentale, (Novembre 2001).
COM56 LECOLLINET M., BORDÉ Ch.J., CHAMBON M., CLAIRON A., COOREVITS M., FELTIN N.,
GENEVES G., GOSSET M., JUNCAR P., PINOT P., PLATEL F.,
Vers une balance du Watt française,
10ème congrès international de métrologie,
Saint-Louis, France, (23 octobre 2001), (Communication sur CDROM).
COM57 WOLF P., BIZE S., CLAIRON A., LANDRAGIN A., LAURENT P., LEMONDE P. and BORDÉ
Ch.J.,
IEEE International Frequency Control Symposium,
Seattle, USA, (juin 2001).
Organisation et Présidence de deux journées sur la Physique Fondamentale dans l’espace,
Édition d’un CDROM des conférences,
ONERA-Académie des Sciences, France, (18-19 janvier 2001).
COM59 AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., and
CHARDONNET C.,
14th European Frequency and Time Forum,
Turin, Italie, (14-16 mars 2000).
d) Posters
COM60 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A.,DU BURCK F., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J.,
GRAIN C., DAUSSY C., LOPEZ O., CHARDONNET C.,
Mesures de fréquences moléculaires et test de variation des constantes fondamentales avec un
laser femtoseconde,
Congrès général de la SFP,
Lyon, France (juillet 2003).
COM61 DAUSSY C., LOPEZ O., AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., GRAIN C., BUTCHER R.J.,
SHELKOVNIKOV A., DU BURCK F., CHARDONNET C., NARBONNEAU
F., LOURS M., SANTARELLI G.,
Transmission of an optical frequency standard utilizing an 85 km fiber optic link: metrological
applications,
EQEC 2003,
COM62 DU BURCK F., LOPEZ O.,
Stabilization of the beam intensity for the high-resolution spectroscopy of iodine,
Munich, Allemagne, (22-27 juin 2003).
COM63 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., DAUSSY C., LOPEZ
O., BUTCHER R.J, DU BURCK F., CHARDONNET C.,
Interest of precision molecular spectroscopy for a test of variation of fundamental constants,
Workshop on “Astrophysics, Clocks and Fundamental Constants”,
Bad Honnef, Allemagne, (juin 2003).
COM64 BORDÉ P., PERRIN G., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., MAZÉ G.,
Conference "Toward Other Earths, Darwin/TPF and the search for extrasolar terrestrial planets",
Heidelberg, Allemagne, (avril 2003).
COM65 AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J., CHARDONNET C., DAUSSY C., GONCHAROV A., GRAIN
C., LOPEZ O., SHELKOVNIKOV A., VIGUÉ H.,
High-precision frequency measurement and fundamental physics with molecules,
HYPER,
Paris, France, (4-6 novembre 2002).
COM66 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., DAUSSY C., GRAIN C., LOPEZ O., VIGUÉ H.,
CHARDONNET C. et SANTARELLI G.,
Absolute frequency measurements of the CO2/OsO4 frequency standard and of 9 µm CO2 laser lines
with a femtosecond laser comb,
CPEM02,
Ottawa, Canada, (16-21 juin 2002).
Correction of the residual amplitude modulation in FM spectroscopy,
Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2002),
Ottawa, Canada, (16-21 juin), (2002).
COM68 BORDÉ Ch. J., DU BURCK F., GONCHAROV A.N.,
A new accurate fit of the hyperfine structure of molecular iodine,
6th Symposium on Frequency Standards and Metrology,
St Andrews, Grande Bretagne, (septembre 2001).
COM69 GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. et
CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10.6 µm : amélioration de la résolution et perspectives
métrologiques,
Coloq 7,
Rennes, France, (12-14 septembre 2001).
COM70 CHARDONNET C., PALMA M.–L. and BORDÉ Ch.J.
Hyperfine interactions in the ν3 band of tetroxide: the magnetic interactions in 189OsO4 and in
187
OsO4 and comparison with SF6,
17th Colloquium on High Resolution Molecular Spectroscopy,
Nijmegen Pays-Bas, (9–13 septembre 2001).
COM71 ZISKIND M., DAUSSY C., BORDÉ Ch. J. and CHARDONNET C.,
Search for violation of the symmetrization postulate in the rovibrational spectra of OsO4 and SF6,
HRMS'01,
Nijmegen, Pays-Bas, (9-13 septembre 2001).
COM72 ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., AMY-KLEIN A., NGUYEN C.T., BORDE Ch. J. and
CHARDONNET C.,
Search for a frequency difference in the spectrum of the enantiomers of chiral molecules,
HRMS'01,
COM73 CHARDONNET C., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A. and AMY-KLEIN A.,
Hyperfine structure of a two-photon resonance in the 2n3 band of SF6 with a resolution of 200 Hz,
HRMS'01,
Ch.J.,
Recoil effects in microwave atomic frequency standards: An update,
Sixth Symposium on Frequency Standards and Metrology,
St. Andrews, Scotland, (11 septembre 2001).
COM75 DU BURCK F., WALLERAND J-P., GONCHAROV A.N., HIMBERT M.,
High frequency detection technique for ultra-high resolution spectroscopy of I2,
CPEM 2000, Conference on Precision Electromagnetic Measurements,
Sydney, Australie, (mai 2000).
COM76 FILS J., HOLLEVILLE D., LANDRAGIN A., PETIT P., VALENTIN C., DIMARCQ N.,
CLAIRON A., BOUYER P., BORDÉ Ch.J. and SALOMON C.,
Influence of Raman beams wavefronts on the accuracy of a cold atom gyroscope,
Euroconference on Atom Optics and Interferometry,
COM77 CONSTANTIN L.F., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J., SHELKOVNIKOV A., BORDÉ Ch.J.
and CHARDONNET C.,
High resolution two-photon spectroscopy at 10 µm using the separated oscillatory fields method
with a molecular beam,
NATO Advanced Research Workshop "Spectroscopy from Space",
Bratislava, Slovaquie, (31 octobre, 4 novembre 2000).
COM78 SHELKOVNIKOV A., CONSTANTIN L.F., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J. and
CHARDONNET C.,
Ultra-high resolution spectroscopy in the infrared region using a supersonic beam of SF6,
CLEO-IQEC,
Nice, France, (10-15 septembre 2000).
INV22
AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., DAUSSY C., LOPEZ
O., BUTCHER R.J.,DU BURCK F., CHARDONNET C.,
Mesures absolues de fréquences optiques avec un laser femtoseconde,
COLOQ’8,
INV23
Ultra-precise absolute frequency measurements of molecular transitions : towards new tests of
time variation of fundamental constants,
ICOLS’2003,
Palm Cove, Australie, (juillet 2003).
INV24
CHARDONNET C.,
Ultra-precise optical frequency measurements: application to tests of variation of fundamental
constants and parity violation in molecules,
LO’2003, XI Conference on Laser Optics,
Saint-Petersbourg, Russie, (juin 2003).
INV25
SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., CHARDONNET CH.,
AMY-KLEIN A.,
Two-photon Ramsey spectroscopy: the case of SF6 as a new standard in the 30 THz region,
RFSL : 2° Séminaire franco-russe,
Vladimir, Russie, (30septembre-7 octobre 2001).
INV26
BORDÉ Ch.J.,
Les grands enjeux scientifiques pour la physique fondamentale,
Atelier préparatoire au séminaire de prospective scientifique spatiale,
CNES, Paris, France, (29 avril 2002).
INV27
BORDÉ Ch.J.,
Quelques remarques sur les unités fondamentales du système international,
Académie des Technologies, Paris, France, (20 mars 2002).
INV28
CHARDONNET C., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., A.
AMY-KLEIN,
2nd French-Russian seminar,
Vladimir, Russie, (30 septembre – 7 octobre), (2001).
INV29
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., GRAIN C., ZISKIND M., SHELKOVNIKOV A.,
NGUYEN C.T., DAUSSY C. and CHARDONNET C.,
Ultra-high resolution infrared spectroscopy : state-of-the-art and applications,
26th International Conference on Infrared and Millimeter Waves IRMMW,
Toulouse, France, (10-14 septembre 2001).
INV30
BORDÉ Ch.J.,
Relativistic quantum theory of microwave and optical atomic clocks,
Université de Hanovre, Allemagne, (31 août 2001).
INV31
BORDÉ Ch.J.,
Measurement of gravito-inertial fields using atomic interferometry,
Conference on the current state and perspectives of absolute gravimetry,
BIPM, Sèvres, France, (17 juillet 2001).
INV32
SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
400 Hz two-photon Ramsey fringes in the 30 THz spectral range,
ICONO'01,
Minsk, Biélorussie, (26 juin-01 juillet 2001).
INV33
CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., BORDÉ Ch. J., GRAIN C.,
CONSTANTIN L.F., NGUYEN C.T., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R. J. ,AMY-KLEIN A.,
SPIE (2001),
San José, USA, (22-26 janvier 2001).
INV34
BORDÉ Ch.J.,
INV35
BORDÉ Ch.J.,
Atom interferometry and gravitation,
International school on the Interplay between Quantum and Gravity Physics,
Erice, Sicily, (mai 2001), (Série de trois conférences invitées).
INV36
BORDÉ Ch.J.,
The French effort on gravito-inertial sensors using atom interferometry on Earth and in Space :
Experiments and Theory,
NTAG-2001, Workshop on New Techniques for Absolute Gravimeters,
BIPM, Sèvres, France, (27 février 2001).
INV37
BORDÉ Ch.J.,
Applications de l’interférométrie atomique à la réalisation de senseurs gravito-inertiels et à la
physique fondamentale dans l’espace,
ONERA, Palaiseau, France, (18 janvier 2001).
INV38
DU BURCK F.,
Ultra-high resolution stimulated Raman spectroscopy : detection technique and applications,
MPLP'2000, Modern Problems of Laser Physics,
Novosibirsk, Russie, (2-7 juillet 2000).
INV39
BORDÉ Ch.J.,
How far and should we go in reducing the number of base units of the SI: a challenge in the
application of modern physics,
Symposium à l'occasion du 125ème anniversaire de la convention du mètre,
Académie des Sciences, Paris, France, (17 octobre 2000).
INV40
BORDÉ Ch.J., GENEVES G. et LECOLLINET M.,
Projet BNM de balance du Watt et définition de l'unité de masse,
Colloque du GDR GREX,
Grasse, France, (12 Octobre 2000).
INV41
RASEL E. et BORDÉ Ch.J.,
Le projet HYPER d'interférométrie atomique dans l'espace,
Grasse, France, (11 octobre 2000).
INV42
BORDÉ Ch.J.,
The Lense-Thirring effect,
First task force meeting of the Topical Team: Atom Optics and Interferometry in Space,
ATOPIS 2000,
INV43
BORDÉ Ch.J.,
Horloges et interférométrie atomiques,
Inauguration du L.H.A. à l'Observatoire de Paris,
Paris, France, (2 octobre 2000).
INV44
BORDÉ Ch.J.,
The Watt balance - Consequences for Planck and Boltzmann constants,
Université de Hanovre, Allemagne, (septembre 2000).
INV45
BORDÉ Ch.J.,
Hyper presentation,
ESA,
Paris, France, (septembre 2000).
INV46
BORDÉ Ch.J.,
Theoretical tools for atom optics,
Euroschool on Bose-Einstein condensates and Atom lasers,
INV47
BOUYER P. et BORDÉ Ch.J.,
Cold atom gyros using atom interferometry,
EGAS,
Vilnius, Lithuanie, (juillet 2000).
INV48
BORDÉ Ch.J. and CHARDONNET C.,
The Pauli principle and ultrahigh resolution spectroscopy of polyatomic molecules,
International Conference on Spin-Statistics Connection and Commutation Relations:
Experimental Tests and Theoretical Implications,
Anacapri, Italie, (1 Juin 2000).
INV49
BORDÉ Ch.J.,
Université de Hanovre, Allemagne, (24 Mai 2000).
INV50
BORDÉ Ch.J.,
Relativistic phase shifts, Kick-off meeting of the Topical Team: Atom Optics and Interferometry in
Space,
(ATOPIS 2000),
Garbsen-Hanover, Allemagne, (20 mai 2000).
INV51
CHARDONNET C. et AMY-KLEIN A.,
Lasers femtosecondes appliqués à la métrologie des fréquences,
Ecole Femto 2000,
Saint-Etienne, France, (2-6 octobre 2000).
INV52
CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C. et BORDÉ Ch.J.,
Towards an observation of a parity violation effect in the spectrum of chiral molecules,
ISCD 12, Chirality 2000,
Chamonix, France, (24-28 septembre), (2000).
INV53
CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY Ch. et BORDÉ Ch.J.,
IQEC 2000,
Nice, France, (10-15 septembre), (2000).
INV54
CHARDONNET C., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J., CONSTANTIN L.F. and
SHELKOVNIKOV A.,
Two-photon Ramsey fringes with a beam of SF6,
MPLP'2000,
f) Ouvrages scientifiques (ou chapitres) (OS)
OS3
LEDUC F., HOLLEVILLE D., FILS J., CLAIRON A., DIMARCQ N., LANDRAGIN A.,
BOUYER P., BORDE CH.J.,
Cold atom gyroscope for precision measurements,
Laser Spectroscopy 16, eds P. Hannaford et H. Bachor, à paraître.
OS4
BORDÉ Ch.J.,
Frequency Standards and Metrology, Ed. by P. Gill , World Scientific (2002) in press.
OS5
BORDÉ Ch.J., DU BURCK F. and GONCHAROV A.N.,
OS6
Ch.J.,
OS7
GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., NGUYEN C. T., BUTCHER R. J., AMY-KLEIN A.,
CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10,6 µm : amélioration de la résolution et perspectives
métrologiques,
J. Phys. IV, 12, Pr5-127-129, (2002).
OS8
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L. F., GRAIN C., ZISKIND M., MARREL T.,
SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R. J., NGUYEN C. T., DAUSSY C., CHARDONNET C.,
Proceedings of the 26th international conference on Infrared and Millimeter Waves IRMMW, 4-24-8, (2002).
OS9
BORDÉ Ch.J.,
Atomic Clocks and Atom Interferometry,
Advances in the Interplay between Quantum and Gravity Physics, Ed. by P.G. Bergmann and V. de
Sabbata, Kluwer Academic Publishers, 27-55, (2002).
OS10
DU BURCK F.,
Ultrahigh resolution stimulated Raman spectroscopy : detection technique and applications,
in Proceedings of the Third International Symposium of Modern Problems of Laser Physics,
Eds. S. N. Bagayev, V. I. Denisov, 35-39 (2000) et Laser Physics 11, 1073-1075, (2001).
OS11
GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. et
CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10.6 µm: amélioration de la résolution et perspectives
métrologiques,
A paraître dans Proceedings Coloq 7 (2001).
OS12
in Systèmes femtosecondes,
Editeurs P. Laporte et F. Salin, Publications de l'Université de Saint-Etienne, 335-359, (2001).
OS13
HOLLEVILLE D., FILS J., PETIT P., DIMARCQ N., CLAIRON A., BOUYER P., BORDÉ Ch.J.
and SALOMON C.,
Réalisation d'un gyromètre à atomes froids,
J. Phys. IV Pr., 10, 171-172, (2000).
OS14
The Pauli Principle and Ultrahigh Resolution Spectrocopy of polyatomic Molecules,
Proceedings of CP545, Spin-Statistics Connection and Communication Relations,
Edité par Hilborn R.C., Tino G.M., 274-280, (2000).
OS15
LÄMMERZAHL C. and BORDÉ Ch.J.,
Testing the Dirac equation,
In Testing Relativistic Gravity in Space : Gyroscopes, Clocks, Interferometers Editors:
LÄMMERZAHL C., EVERITT C.W.F. and HEHL F.W., Springer-Verlag, (2000).
OS16
BORDÉ Ch.J., HOUARD J-C. and KARASIEWICZ A.,
Relativistic phase shift for Dirac particles interacting with weak gravitational fields in matter-wave
interferometers,
In Testing Relativistic Gravity in Space : Gyroscopes, Clocks, Interferometers.Editors:
OS17
CONSTANTIN L.F., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A., BORDÉ Ch.J. and CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10 µm : vers une nouvelle génération d'étalons de fréquence
dans le domaine infrarouge,
J. Phys. IV Pr., 10, 199-200, (2000).
OS18
CHARDONNET C., MARREL T., ZISKIND M., DAUSSY C., AMY-KLEIN A. and BORDÉ
Ch.J.,
Spectroscopie de molécules chirales: recherche d’un effet de violation de la parité,
J. Phys. IV Pr., 10, 45-54, (2000).
g) Valorisations – contrats – brevets (B)
B2
BORDÉ Ch.J., BOUYER P., CLAIRON A., DIMARCQ N., FEATONBY P., FILS J.,
HOLLEVILLE D., LANDRAGIN A. et SALOMON C.,
Gyromètre à ondes de matière,
Brevet d'invention n° 0108112 déposé le 20 Juin 2001.
I.1.2.F
Responsables :
Post-doctorant :
Doctorant :
M-C. Castex (Directeur de Recherche, CNRS).
L. Museur, (Maître de Conférences).
E. Lefeuvre (Dr. INPT) (01/09/0 - 01/09/2002).
C. Olivero (1998-2001, thèse soutenue le11/10/2001).
Collaborations extérieures : A. Siove (L2BOA), C. Fiorini (CEA/LIST),
A. Gicquel, J. Achard et A. Kanaev (LIMHP),
J.M. Pouvesle et T. Gonthiez (GREMI, Orléans),
H. Schneider (LEEI, Toulouse),
N. Bityurin et S. Muraviov (Institut de Physique Appliquée,
Nizhnii Novgorod),
J.F. Hochedez (Observatoire Royal de Belgique),
J. L. Pau (DIE, Université Polytechnique de Madrid),
T. Moller et G. Zimmerer (DESY, Hambourg),
G. Pichler (Institut de Physique, Croatie),
E. Pace et R. Brescia (Université de Florence),
C. Rossi et S. Salvatori (Université de Rome),
G. Shafeev et V. Tokarev (Institut de Physique Générale,
Moscou),
A. Treshchalov (Institut de Physique, Tartu),
A. Yurkin (Novosibirsk).
I.1.2.F.1 Présentation générale
L'équipe VUV s'est fortement impliquée ces dernières années dans le développement et
l'utilisation de sources cohérentes de courtes longueurs d'onde qui permettent d'interroger
la matière à l'échelle nanométrique. L'intensité du laser VUV à 125 nm a pu être améliorée
(x50) grâce à un dispositif qui devrait faire l'objet d'un brevet. A la suite de la visite du Pr.
A Treshchalov de l'Université de Tartu (Action Internationale Estonie de l'Université ParisNord), nous avons fait le choix d'acquérir un laser à excimère compact à ArF (193 nm) qui
nous permet actuellement de nano-structurer des films polymères ou de sonder la
photoconductivité transitoire de films en diamant CVD. Enfin, l'achat d'un laser Nd :YAG
injecté, associé au don par THALES d'un OPO affiné, ouvre de nouvelles perspectives
d'expériences.
Aussi, nous sommes nous engagés, au cours de quatre dernières années, dans différentes
collaborations en donnant à nos activités un caractère fortement pluridisciplinaire.
L'activité agrégat s'est poursuivie en utilisant le rayonnement synchrotron de DESY en
collaboration avec A. Kanaev (LIMHP) et T. Moller (DESY). La thématique "microlasers plastiques bleus", en collaboration avec l'équipe « Biomatériaux et Polymères de
Spécialité » de A. Siove (L2BOA) et l’équipe OCR de D. Bloch et A. Fischer, a donné
lieu a la création d'un PPF (responsable M.C. Castex). Au cours de 2002, cette thématique
s'est enrichie de nouvelles collaborations (A.J. Attias et J.L. Fave) dans le cadre du GDR
nouvellement créé "Composants organiques opto-électroniques" (CO2). Elle a également
donné lieu à un contrat de collaboration recherche avec le laboratoire des Composants
Organiques Fonctionnels (LCOF) du CEA sur « l’étude de dispositifs
électroluminescents et micro-lasers bleus ». Par ailleurs, avec ce même laboratoire, un
projet présenté à l’A.C Nanosciences 2003, « Mise en oeuvre de matériaux nanostructurés
en volume et en surface : application à la mise au point de capteurs chimiques optimisés »
a été retenu.
L'activité "Etude et utilisation des propriétés photoconductrices du diamant CVD"
s'est développée, dans le cadre d'un deuxième PPF (responsable J. Achard) en
collaboration avec le LIMHP, ainsi que dans le cadre d'un contrat de collaboration
LEEI/LIMHP/LPL impliquant aussi Alstom. La thématique diamant CVD s’est également
développée dans le cadre d’un projet d’astrophysique (BOLD) et avec de nouvelles
collaborations franco-italiennes impliquant les universités de Rome et de Florence.
a) Agrégats
Depuis 1999 nous nous intéressons à la photochimie de petites molécules,
principalement H2O et D2O, piégées dans des agrégats de gaz rares (He, Ne et Ar). Selon
la taille et la nature de l’agrégat le comportement de la molécule, excitée ou ionisée, peut
être radicalement modifié. Ainsi, par exemple, la dissociation peut être empêchée par un
éventuel effet de cage sur les fragments. De la même façon, après ionisation, l’agrégat peut
favoriser la recombinaison ion-électron. Dans le cas de la molécule d’eau, l’importance de
ces effets peut être analysée en comparant la fluorescence des différents produits de la
réaction. Le projet "Etude de l’effet de cage sur la dissociation de H2O dans des
agrégats de gaz rares (Ne et Ar)", dirigé par A. Kanaev (LIMHP Villetaneuse) et
T.Möller (HASYLAB Hambourg) a bénéficié, pour la période 1999-2001, de 15 jours/an
de temps de faisceau sur le synchrotron DESY de Hambourg et a été renouvelé pour la
période 2002-2004.
Les premières expériences de 1999 ayant montrées que les agrégats d’hélium HeN ( N=
104 ) n’avaient aucune influence sur la dynamique de dissociation des molécules d’eau,
nous avons étudié les agrégats Nen@H2O (n = 7500) et Arm@H2O (m = 400) pour lesquels
les énergies de liaisons Rg-Rg et Rg-H2O vont croissantes. Nous nous sommes également
intéressés aux systèmes ternaires Nen@Arm@H2O et Nen@Arm@D2O.
1 Photo excitation des agrégats Nen@H2O (n = 7500) et Arm@H2O (m = 400)
Comme dans le cas des agrégats d’hélium, l’absence de décalage spectral pour la
fluorescence des fragments OH*(A) obtenus après excitation des agrégats dans la première
bande excitonique, indique qu’il n’y a pas d’effet de cage sur la dissociation de la molécule
H2O. Les spectres de fluorescence (Fig. 26) sont néanmoins radicalement différents pour
les 2 types d’agrégats. Des simulations numériques prenant en compte la prédissociation
des premiers niveaux vibrationnels de H2O nous ont permis, en calculant les spectres de
fluorescence OH(A→X), d’obtenir les populations rotationnelles et vibrationnelles des
fragments OH*(A) dans chacun des cas.
Dans le cas des agrégats de néon, le spectre de fluorescence (Fig. 26a) correspond à des
p1=0.2 p2=0.6), mais
fragments OH*(A) vibrationnellement très excités (p0=0.2
complètement relaxés rotationnellement (Trot = TNen = 10° K ) . La situation est différente
dans les agrégats d’argon. A l’exception du doublet autour de 308 nm, le spectre de
fluorescence des fragments OH*(A) (Fig. 26b) est semblable a celui obtenu lors de la
dissociation des molécules d'eau en phase vapeur. La simulation numérique de ce spectre
nous a permis de mettre en évidence la contribution de fragments OH*(A) partiellement
refroidis rotationnellement (J’ ≤ 10, 5). Nous attribuons ces différences aux positions de
H2O dans l’agrégat. Dans le néon la molécule H2O est piégée à l’intérieur de l’agrégat et
les fragments de dissociation ont la possibilité d’interagir avec l’agrégat. La relaxation
vibrationnelle est cependant peu efficace en raison du faible couplage entre les modes de
vibrations de OH*(A) (ω’e = 360 meV) et ceux de l’agrégat (ωph = 6.4 meV << ω’e ). A
l’inverse dans les agrégats d’argon la molécule H2O reste en surface et interagit beaucoup
plus faiblement avec l’agrégat.
b)
a)
H 2 O @ Ne n
H 2 O @ Ar m
v'-v'' = 0-0
P 11Q 11
P 22 Q 22
1-1
2-1
2-2
1-0
280
290
300
310
320
longueur d'onde, nm
330 300
310
320
longueur d'onde, nm
330
Fig. 26 Spectres de fluorescence de OH*(A). Le spectre calculé est en gras.
2 Effet de cage dans les agrégats Nen@Arm@H2O et Nen@Arm@D2O.
Pour réussir à placer une molécule d’eau au sein d’un agrégat d’argon, nous avons
utilisé une technique de dopage séquentiel. On dépose d’abord une molécule d’eau dans un
agrégat de néon, puis, avec un second jet, on ajoute les atomes d’argon qui viennent se
3rd
2nd
1st
Intensity
1,0
H2O
D2O
0,1
m1=12
m2=54
0
20
40
60
80
100
mAr, atoms/cluster
Fig. 27 Evolution de l’intensité de la fluorescence OH(A→X) en fonction du nombre d’atomes
d’argon déposés dans l’agrégat de néon.
placer autour de H2O (D2O). Nous avons ainsi pu obtenir des agrégats Nen@Arm@H2O
(avec m ≤ 100 << n) dans lesquels la faible température de l’agrégat de néon empêche tout
réarrangement. Expérimentalement nous avons observé une forte diminution de la
fluorescence des fragments OH*(A) lorsque le nombre d’atomes d’argon augmente (figure
2). Cet effet, qui traduit la recombinaison de la molécule d’eau au sein de l’agrégat selon la
réaction OH*(A) + H → H2O(X), est aussi observé avec D2O mais pour un nombre plus
important d’atomes d’argon (Fig. 27). Un modèle de diffusion prenant en compte le temps
de résidence des fragments (H ou D) à l’intérieur de l’agrégat, nous a permis de déterminer
le nombre minimum d’atomes d’argon nécessaires à la formation d’une cage efficace
autour de la molécule d’eau. Nous avons ainsi obtenu m0 = 11 ± 2 pour H2O et m0 = 21 ± 3
pour D2O. L’énergie libérée lors de la dissociation étant la même pour H2O et D2O, la
différence est liée à la masse des fragments. Dans le cas du deutérium le transfert d’énergie
vers les atomes d’argon lors d’une collision est deux fois plus efficace, induisant ainsi un
échauffement local de l’agrégat plus important, et permettant au fragment de s’échapper.
b) Polymères luminescents et électroluminescent à base de carbazole
1 Micro-lasers plastiques bleus
Depuis 1998, nous nous intéressons aux propriétés de luminescence des polycarbazoles,
en collaboration étroite avec A. Siove responsable du groupe « Biomatériaux et Polymères
de Spécialité » du L2BOA (UMR7052) à Villetaneuse. Le choix de ces polymères,
synthétisés au LRM, est prometteur : ils permettent d'obtenir une émission bleue
caractéristique de la dyade bicarbazyle ou, quand ils sont modifiés par des groupements
spécifiques, des émissions allant du vert au rouge. Afin de définir le meilleur composé
carbazolique (rendement de luminescence, facilité de mise en oeuvre, stablité…)
permettant de réaliser un "micro-laser plastique bleu, différents composés ont été étudiés
en solution dans divers solvants ou sous forme de films minces (400 à 700 nm) déposés par
évaporation sur des substrats de silice. Nous avons, en particulier, pu comparer la
luminescence de la dyade bicarbazyle (Et-Cz)2 avec celle du matériau polymère dont le
motif de répétition est constitué des dyades bicarbazyles séparées par des bras neutres
alkylènes. Ce "polydimère" se caractérise par une remarquable luminescence bleue (420
nm) comparable à celle du dimère.
C2H5
N
Et
Cz
Cz
Cz
Cz
n
N
Cz
Cz
Et
C2H5
9,9’-diethyl-3,3’-bicarbazyl(EtCz)2
Poly-(EtCz)2
Notre priorité au cours de l'année 2002 fut de tester les possibilités de gain offertes par
ces composés pompés optiquement. En particulier nous nous sommes préoccupés d'étudier
et de fabriquer des micro-cavités de type planaire à rétroaction distribuée (DFB)
permettant d'obtenir une émission cohérente monomode avec de faibles intensités de
pompage. Les conditions de rétroaction pour la sélection d'une émission monomode à 420
nm (maximum d'émission de (Et-Cz)2) nécessite la fabrication, en surface du film
émetteur, d'un réseau de faible pas (Λ de l'ordre de 130 nm) pour satisfaire à la condition
de Bragg (m λEm = 2 neff Λ) et travailler à l'ordre m=1.
De premiers essais de fabrication de réseaux de pas (≈ 140 nm) ont été réalisés sur des
matériaux polymères tels PMMA, PET, PVC en reprenant la technique, décrite par S.
Lazare, de structuration de surface photoinduite par laser UV (193 nm) (LIPPS). Pour une
certaine gamme de densités d'énergie (en dessous du seuil d'ablation), une structuration
périodique submicronique est créée par interférence du faisceau incident avec une onde de
surface (Fig. 28a). Cette méthode, très simple, ne permet pas, toutefois, d'obtenir un réseau
de qualité sur une longueur de plusieurs millimètres. Aussi, deux autres méthodes
interférométriques ont-elles été testées à 193 nm, l'une par division du front d'onde avec un
dispositif à miroir de Lloyd, l'autre par division d'amplitude en utilisant un masque de
phase. La première méthode nous a permis de réaliser des réseaux de différents pas Λ en
fonction de l'angle d'incidence (Λ= λpump / 2 sinθ) mais sur une longueur limitée à 2 mm.
La deuxième méthode testée avec un masque de phase de pas Λ= 1090 nm donné par P.
Dyer (Hull University) s'est révélée d'une extrême simplicité : l'irradiation à 193 nm du
masque en contact avec le film polymère permet de photo-induire dans ce matériau un
réseau en relief de pas Λ identique à celui du masque(≈ 300 tirs du laser). L’achat, en 2002,
d’un masque Ibsen de pas Λ=250 nm a permis de réaliser des réseaux de pas nanométrique
d’excellente qualité (Fig. 28b) dans des conditions de faible flux. Dans ce cas, le réseau
d’intensité produit dans le film une variation périodique de la température qui entraîne en
surface un mouvement de matière des zones de température plus élevée (zone de forte
intensité) vers les zones de température plus faible (zone de faible intensité).
a
b
Fig. 28 Image de réseaux obtenus par irradiation de PET à 193 nm :
(a) image MEB de LIPPS (Λ= 140 nm) et
(b) image AFM (Λ= 250 nm).
Avec de tels résultats, il a été possible d'étudier les propriétés d'émission de nos
polymères (films minces évaporés ou films de PMMA dopé) dans des micro-cavités
planaires et DFB. Après avoir calculé les conditions de rétroaction d'un réseau d'amplitude
de pas Λ en fonction des différents paramètres d'une cavité guide d'onde, nous avons fait le
choix d'effectuer les premiers tests en utilisant un film de PMMA (700 nm), structuré par
un réseau de pas Λ= 1090 nm et dopé d'un colorant laser efficace et bien connu
(Rhodamine 6G). Par pompage à 532 nm, nous avons pu mettre en évidence, en accord
avec les calculs, une émission stimulée monomode à 556.6 nm (Fig. 29a), malgré des
conditions de rétroaction peu favorables (ordre m=6 du réseau de Bragg). Compte tenu des
caractéristiques macromoléculaires et des propriétés de luminescence intéressantes des
matériaux carbazoliques, nous avons réalisé de premiers essais de pompage optique à 313
nm d'un film (EtCz)2 obtenu par évaporation sous vide (épaisseur 400 nm) sur un substrat
de silice. Nous avons observé, parallèlement à un rétrécissement spectral, un début
d'émission stimulée à 430 nm (Fig. 29b).
Intensity (a. u.)
6000
5000
Rh6G in PMMA
Bragg grating
Λ = 1090 nm with m=6
1000
(EtCz)2 film
4000
3000
Rh6G in PMMA luminescence
2000
Intensity (a. u.)
7000
10 mJ / cm
500
-2
1 mJ / cm
-2
1000
0
550
0
560
570
580
400
500
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
a
b
Fig. 29 (a) Emission laser d’un film de PMMA dopé de R6G structuré en surface et photoexcité à 532 nm,
(b) Luminescence d'un film (EtCz)2 sur substrat de silice pompé à 313 nm .
Le sujet "Microcavité polymère à chromophores carbazoliques : vers des lasers
plastiques bleus" a fait l'objet de la thèse de C. Olivero soutenue le 11 octobre 2001. Ce
sujet est actuellement développé en collaboration avec D. Bloch, A. Fischer et A. Siove,
dans le cadre d’un plan pluriformation (PPF). Il fait également l’objet d’un contrat de
collaboration avec le laboratoire des Composants Organiques Fonctionnels (LCOF) du
CEA Saclay sur « l’étude de dispositifs électroluminescents et micro-lasers bleus ».
La mise au point d’un émetteur bleu, intense et ne se dégradant pas, est un problème
général et d’actualité qui concerne également les luminophores à base de terre rare pour
écran plasma. A la suite de la visite, dans le cadre de l'Action Internationale Estonie de
Paris-Nord (novembre 1999) de A. Treshchalov (Université de Tartu), venu avec un laser
excimère ArF (Neweks), nous avons pu répondre à une demande de Thomson Plasma et
évaluer le vieillissement de luminophores, bleu, vert et rouge, par irradiation laser à 193
nm (cette longueur d’onde étant proche de l’émission du plasma xénon à 170 nm).
2 Etude de dispositifs électroluminescents bleus
Dans le cadre d'une collaboration entre le LCOF du CEA Saclay, le LPL et le L2BOA
nous nous sommes intéressés aux propriétés d’électroluminescence des composés
carbazoliques synthétisés par le groupe de A. Siove. Notre but est de réaliser des diodes
électroluminescentes bleues (Fig. 30), avec la perspective plus lointaine d’un laser
organique pompé électriquement.
La prochaine étape à franchir consiste
maintenant à améliorer le rendement
quantique externe par guidage des photons,
soit perpendiculairement à la surface émissive
soit par la tranche, à partir d’une
nanostructuration de la couche carbazolique.
Les premières expériences, conduites par
A. Fischer sur le site du CEA/Saclay, ont
permis de franchir des étapes clefs comme par
exemple la mise au point d’hétérostructures
constituées de différents matériaux évaporés
sous vide. Différentes structures d'OLEDs
Fig. 30 Emission d’une diode électroluminescente
à base de composé carbazolique.
Bleues (424nm, 440nm et 450mn) avec des efficacités quantiques allant jusqu'à 3,5% ont
ainsi pu être réalisées. Avec des rendements de luminescences d’environ 5 cd/A et des
rendements en puissance de 1,5 Lm/W, ces Oleds bleues sont des dispositifs relativement
performants (Fig. 31).
V
+
-
Mg/Ag
Electron Injection Layer
Hole blocking
layer
CARBAZOLIC
LAYER
Hole Injection Layer
ITO Glass
hν
Fig. 31 Structure de diode électroluminescente multicouche bleue.
c) Etude et utilisation des propriétés photoconductrices du diamant CVD
1 Films en diamant CVD comme photodétecteurs solar-blind
Les premiers résultats obtenus en 1997 avec la source à 10 eV, en collaboration avec A.
Gicquel (L.I.M.H.P) et F. Foulon (CEA/LETI), ont montré les potentialités offertes par des
films en diamant CVD comme photo-détecteurs solar-blind. Nos mesures à 125 nm ont
également révélé l'importance des traitements de surface et des contacts sur les propriétés
électroniques définies par le produit µτ (mobilité et durée de vie des porteurs). Cette
collaboration s'est poursuivie dans le cadre du “ programme Matériaux ” dont nous
avons bénéficié en 1999, et se poursuit actuellement dans le cadre du PPF LIMHP/LPL
"Elaboration et structuration de films de diamant en vue d'applications électroniques
(détecteurs bidimensionnels UV et VUV et dispositifs à émission de champ)" sous la
responsabilité de J. Achard. L’objectif de notre projet est de réaliser sur une couche de
diamant le motif nécessaire à la détection et à la localisation de rayonnements VUV et
XUV. Deux procédés distincts ont été envisagés : le premier consiste à mettre
préalablement en forme le substrat de silicium sur lequel on fera croître le diamant, le
second consiste à mettre en forme directement une couche de diamant soit par croissance
sélective diamant sur diamant, soit par gravure par ablation laser. De premiers essais ont
permis de montrer qu'il était possible de faire croître du diamant sur un substrat de silicium
gravé par laser ArF.
La réalisation d'un détecteur bi-dimensionnel solar-blind en diamant CVD, ou
éventuellement, en nitrure de gallium et aluminium (AlGaN), constitue également un
besoin pour les recherches en astrophysique. Nous participons au projet BOLD qui est une
initiative européenne dédiée aux développements et aux tests de nouveaux détecteurs pour
l'observation UV du Soleil. L'investigation est proposée en vue des instruments UV du
futur Orbiteur Solaire de l'Agence Spatiale Européenne (ESA). Ce projet nécessite
actuellement la réalisation et l'évaluation des performances de différents photo-détecteurs
bi-dimensionnels et solar-blind, en diamant CVD ou GaN (ou AlGaN). Une campagne de
mesures effectuées au LPL avec les lasers UV (313 nm, 193 nm) et VUV (125 nm) ont
permis d'évaluer les qualités des différents matériaux et configurations. Ces mesures
viennent compléter les données obtenues au LURE et au LGEP par J. L Pau (DIE/UPM)
sur différents dispositifs.
2 Potentialités du diamant CVD en tant qu’interrupteur haute tension à commande
optique
Le diamant est un remarquable isolant électrique (résistivité ≈ 1013 ohm.cm), mais il
devient conducteur quand il est éclairé avec des photons UV d'énergie supérieure au gap
(5. 45 eV). L'application de la photo-conduction du diamant à la réalisation de photointerrupteurs à haute performance pour l'Electronique de Puissance est un projet à
caractère fortement pluridisciplinaire qui réunit trois laboratoires (LEEI/LIMHP/LPL) et
Alstom dans le cadre d'un contrat de collaboration Recherche.
UV
Masque concentrique
Anti contournement
Contact face arrière
Fig. 32 Principe d’un interrupteur diamant avec photo-conduction en volume.
Avec l'aide d'Elie Lefeuvre, en stage post-doctoral de septembre 2001 à septembre
2002, nous avons étudié, à partir du concept de photoconduction, les performances de films
en diamant CVD fabriqués au LIMHP et préparés avec des électrodes interdigitées au
LAAS (Toulouse) (Fig. 32). Notre objectif a été (i) d'étudier les performances de films en
diamant CVD en tenue haute tension et en photo-conduction, (ii) de caractériser et
fabriquer les dispositifs en diamant les plus adaptés, avec des structures à électrodes
coplanaires ou en volume et, (iii) de tester les performances des sources UV (ou XUV),
cohérentes ou incohérentes, permettant d'obtenir le meilleur rendement de commutation. A
plus long terme, il est prévu de développer un système diamant / source UV permettant de
commuter 10 kV/ 1A.
Dans nos premières expériences nous avons caractérisé la photoconduction en surface et
en volume d’échantillons de différentes épaisseurs (25 à 200 µm) à des longueurs d’onde
d’excitation UV supérieures (266 nm) et inférieures (193 nm, 213 nm) à la longueur
d’onde correspondant à la bande interdite du diamant (225 nm). Nos mesures mettent en
évidence de larges zones de fonctionnement linéaire I(V) quelle que soit la longueur
d’onde d’excitation utilisée. Elles mettent également en évidence, dans le cas d’irradiations
à 193 nm et 213 nm, pour lesquelles les longueurs de pénétration sont de l’ordre du
micron, un effet de charge en volume qui n’apparaît pas dans le cas de la photoconduction
en surface. Cet effet de charge se manifeste par une diminution, pulse après pulse, du
signal I(V) jusqu’à une valeur limite de régime permanent. Pour nous affranchir de ce
problème nous avons mis en place un dispositif de « polarisation alternative » qui change
le signe de la tension de polarisation entre chaque impulsion laser.
Compte tenu des caractérisations effectuées entre 125 nm et 266 nm, pour des
configurations du type planaire ou en volume, la deuxième problématique à résoudre
concernait le choix de la source UV/VUV/XUV la mieux adaptée (laser UV ns, source
incohérente continue, source XUV, etc..) pour commander un photo-interrupteur. Il nous a
semblé intéressant d’effectuer au GREMI les premiers essais d’une source capillaire
impulsionnelle à xenon émettant à 13 nm. Cette nouvelle source (CAPELLA) intense,
développée et brevetée par le GREMI pour la lithographie XUV, nous a permis d’obtenir
de bons signaux pour une configuration de surface. Nous envisageons de poursuivre ces
essais avec du rayonnement X.
Publications et communications VUV
I.1.2.F.2 Publications et communications VUV
ACL76 KANAEV A., MUSEUR L., EDERY F., LAARMANN T., MÖLLER T.,
Isotopic effect on the Cage-Induced Quenching of OH(A)/OD(A) inside small argon clusters,
J. Chem. Phys. à paraître (2003).
ACL77 CASTEX M-C., LEFEUVRE E., ACHARD J., TARDIEU A., BEUILLE C., SCHNEIDER H.,
Bulk CVD diamond devices for UV and XUV detection,
Diam. Relat. Mater, sous presse (2003).
ACL78 LEFEUVRE E., ACHARD J., CASTEX M-C., SCHNEIDER H., BEUILLE C., TARDIEU A.,
Bulk photoconductivity of CVD diamond films for UV and XUV detection,
Diam. Relat. Mater, 12, 642-646, (2003).
Photodissociation of rare gas neon and argon clusters doped with H2O molecule,
Eur. Phys. J. D, 20, 261-268, (2002).
Cage effect for the Photodissociation of H2O molecules in argon clusters embedded inside neon
clusters,
J. Chem. Phys., 117, 9423-9429, (2002).
ACL81 HOCHEDEZ J.F., ALVAREZ J., AURET F.D., BERGONZO P., CASTEX M-C., et al.,
Recent progresses of the BOLD investigation towards UV detectors for the ESA Solar Orbiter,
Diam. Relat. Mater, 11, 427-432, (2002).
ACL82 CLOUTET E., OLIVERO C., ADES D., CASTEX M-C., SIOVE A.,
Synthesis and blue luminescence of a soluble newly designed carbazole main-chain polymer,
Polymers, 43, 3489-3495, (2002).
ACL83 CASTEX M-C., BITYURIN N.,
Is the VUV laser ablation of polymers a pure photochemical process ?
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ACL84 ACHARD J., TARDIEU A., KANAEV A., GICQUEL A., CASTEX M-C., YOKOTA Y.,
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ACL85 CASTEX M-C., OLIVERO C., FISCHER A., MOUSEL S., MICHELON J., ADÈS D., SIOVE A.,
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ACL87 KANAEV A., MUSEUR L., LAARMANN T., MONTICONE S., CASTEX M-C., von HAEFTEN
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Dissociation and suppressed ionization of H2O molecules embedded in He clusters : the role of the
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J. Chem Phys, 115, 10248-10253, (2001).
ACL88 OLIVERO C., CASTEX M-C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
Microcavités à polymères du carbazole : vers des lasers plastiques bleus",
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ACL89 HAYASHI K., YOKOTA Y., TACHIBANA T., KOBASHI K., ACHARD J., GICQUEL A.,
OLIVERO C., CASTEX M-C., TRESHCHALOV A.,
Temporal response of UV sensors made of highly oriented diamond films by 193 and 313 nm laser
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ACL90 HOCHEDEZ J-F., BERGONZO P., CASTEX M-C., et al.,
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Photoluminescence of donor-acceptor carbazole-based molecules in amorphous and powder forms,
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Polarization properties of coherent VUV light at 125 nm generated by sum frequency four-wave
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b) Article dans des revues sans comité de lecture (SCL)
SCL23
OLIVERO C., MUSEUR L., RIEDEL D., CASTEX M-C.,
Une source cohérente pulsée à 10 eV à état de polarisation ajustable,
J. de Phys IV, 10, 167-168, (2000).
1 Orales
COM79 SCHNEIDER H., GICQUEL A., ACHARD J., CASTEX M-C., LEFEUVRE E., BLEY V.,
MALEC D.,
Caractérisation des propriétés diélectriques et électroniques du diamant CVD
Congrès MGE, Matériaux du Génie Electrique,
Grenoble, France, (avril 2003).
COM80 BEUILLE C., DUTARDE E., SCHNEIDER H., CASTEX M-C., LEFEUVRE E., ACHARD J.,
SILVA F.,
Characterization of metal-diamond silicon associations for active power electronics,
PESC 2002 33rd Power Electronics Specialist Conference,
Cairns, Australie, (juin 2002).
2 Posters
COM81 CASTEX M-C., FISCHER A., ADÈS D., SIOVE A.,
Nanostructurations photoniques pour des micro-lasers bleus à base de carbazole,
13ème Journée Nanotechnologie,
Paris, France, (janvier 2003).
COM82 CASTEX M-C., SIMEONOV D., FISCHER A., ADÈS D., SIOVE A.,
Réseaux de Bragg photo-induits sur des polymères à base de carbazole : vers des microlasers
bleus,
DIELOR, Dispositifs Electroniques Organiques,
Nantes, France, (Novembre 2002).
COM83 CASTEX M-C., LEFEUVRE E., ACHARD J., TARDIEU A., BEUILLE C., SCHNEIDER H.,
ICNDST 8th International Conference on New Diamond Science and Technology,
Melbourne, Australie, (juillet 2002).
COM84 CASTEX M-C., BITYURIN N.,
Is the VUV laser ablation of polymers a pure photochemical process?
COLA'01 The 6th International Conference on Laser Ablation,
Tsukuba, Japon, (octobre 2001).
COM85 ACHARD J., TARDIEU A., KANAEV A., GICQUEL A., CASTEX M-C., YOKOTA Y.,
HAYASHI K., TACHIBANA T., KOBASHI K.,
Photoconductivity of highly oriented and radomly oriented diamond films for detection of fast UV
laser pulses,
Diamond, 12th European Conference on Diamond, Diamond-like Materials, Carbon Nanotubes,
Nitrides and Silicon Carbide,
Budapest, Hongrie, (septembre 2001).
COM86 OLIVERO C., FISCHER A., CASTEX M-C., ADÈS D., SIOVE A.,
Workshop EPF on Electroluminescence and Polymers,
Paris, France, (mai 2001).
COM87 CLOUTET E., ADÈS D., BELORGEY G., OLIVERO C., CASTEX M-C., SIOVE A.,
Nouveaux copolymères alternés électroactifs à base de carbazole : synthèse et propriétés,
30ème Colloque Annuel du GFP "Polymères 2000",
Paris, France, (novembre 2000).
COM88 ADÈS D., CASTEX M-C., CLOUTET E., OLIVERO C., SIOVE A.,
Micro-cavités à polymères du carbazole : vers des lasers plastiques bleus,
COM89 HOCHEDEZ F., BERGONZO P., CASTEX M-C. et al.,
11th European Conference on Diamond, Diamond like materials, nitrides and silicon carbide,
Porto, Portugal, (septembre 2000).
COM90 HAYASHI K., YOKOTA Y., TACHIBANA T., KOBASHI K., ACHARD J., GICQUEL A.,
Transient photocurrent of UV detectors made of highly oriented diamond films to pulsed lightsources,
7th International Conference on New Diamond science and Technology,
Hong Kong, Chine, (juillet 2000).
COM91 CASTEX M-C., BITYURIN N., OLIVERO C., MURAVIOV S., BRONNIKOVA N., RIEDEL D.,
E-MRS 2000, The European Material Conference, symposium Photon-induced Material
Processing,
Strasbourg, France, (30 mai au 2 juin 2000).
COM92 CASTEX M-C., OLIVERO C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
E-MRS 2000, The European Material Conference, symposium Optoelectronics,
COM93 OLIVERO C., CASTEX M-C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
Micro-cavités à polymères de carbazole : vers des lasers plastiques bleus,
UVX 2000, 5ème Colloque sur les Sources Cohérentes et Incohérentes UV, VUV et X,
Île de Porquerolles, France, (16-19 mai 2000).
d) Conférences invitées (INV)
INV55
CASTEX M-C.,
Réalisation de réseaux sur polymères par laser UV,
UVX 2002,
Ile d’Oleron, France, (juin 2002).
INV56
LEFEUVRE E., ACHARD J., CASTEX M-C., SCHNEIDER H., BEUILLE C., TARDIEU A.,
DIAMOND 2002, 13th European Conference on Diamond, Diamond like Materials, Carbon
Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide,
Grenade, Espagne, (septembre 2002).
INV57
CASTEX M-C., OLIVERO C., FISCHER A., MOUSEL S., MICHELON J., ADÈS D., SIOVE A.,
e) Valorisations – contrats – brevets (B)
Contrat de collaboration LEEI/LPL et ALSTOM (2003)
Contrat de collaboration LPL/L2BOA/LCOF/CEA Saclay (2002)
Contrat de collaboration LEEI/LIMHP/LPL et ALSTOM (2001/2002)
NANOCAP
Mise en œuvre et intégration de matériaux nanostructurés en volume et en surface
application à la mise au point de capteurs chimiques optimisés.
ACTION CONCERTEE NANOSCIENCES - 2003-10-14
Le projet NANOCAP concerne la mise au point d’un capteur chimique original
présentant des performances optimisées en terme de spécificité et de sensibilité de
détection. Pour cela nous proposons l’intégration de deux types de nanostructuration
complémentaires : une structuration intrasèque à l’échelle moléculaire du matériau sensible
et une structuration à l’échelle des longueurs d’onde optiques de la surface du matériau
transducteur. Dans le premier cas il s’agit d’améliorer la sélectivité par la définition de
cavités spécifiques de reconnaissance moléculaire distribuées dans le volume du matériau.
Dans le deuxième cas, il s’agit d’une structuration périodique à la surface du matériau
permettant d’amplifier la sensibilité d’une transduction par voie optique.
Agrégats moléculaires d’intérêt biologique - énergétique et structure – AMIBES
I.1.2.G Agrégats moléculaires d’intérêt biologique - énergétique et structure –
AMIBES
Responsable :
Doctorants :
Post-Doctorant :
C. Desfrançois (Directeur de Recherche, CNRS).
G. Grégoire (Chargé de Recherche, CNRS),
Y. Bouteiller, J-P. Schermann (Professeurs des universités).
S. Carles (Allocataire MENRT, thèse soutenue en novembre
2000),
F. Lecomte (thèse soutenue en décembre 2002, puis ATER
2002-2003).
B. Lucas (Allocataire MENRT, depuis septembre 2001).
B. Reimann (Chargé de Recherche associé au CNRS 1 an en
2003-2004).
I.1.2.G.1 Résumé
Les quatre années passées ont permis à l’équipe AMIBES de conforter sa position dans
les deux domaines où nous continuons à jouer un rôle de précurseurs et d’animateurs: les
ions négatifs dipolaires ou multipolaires, de molécules ou d’agrégats, caractérisés par un
électron excédentaire faiblement lié, et les petits agrégats de molécules d’intérêt
biologique liées par des interactions faibles : forces de van der Waals ou liaisons
hydrogène. Le premier thème relève de la Physique pure mais nous continuons à démontrer
qu’il peut s’avérer très utile pour le second thème qui constitue, à la fois, un sujet de
recherche en soi dans le domaine de la Physico-Chimie des agrégats moléculaires et une
ouverture interdisciplinaire vers la Biologie moléculaire. Nous avons notamment publié
deux articles de revue [OS19, ACL107] et participé, en tant qu’éditeur et auteur, à un
numéro spécial du European Physical Journal D [ACL97, ACL100], qui témoignent de la
reconnaissance de ces sujets sur le plan international. En octobre 2001, le recrutement
(CR2) de Gilles Grégoire au CNRS et, en juin 2003, la venue pour un an d’un postdoctorant, Bernd Reimann, sont venus renforcer le potentiel humain de l’équipe et nous a
permis de démarrer de nouveaux projets et collaborations dans des domaines de
compétence (spectroscopie IR d’ions ou d’agrégats neutres, dynamique fs),
complémentaires de nos expériences passées.
Sur le plan expérimental, pour compléter et renforcer la méthode originale que nous
utilisons: la spectroscopie de transfert d’électrons de Rydberg par formation d’anions
dipolaires, nous avons construit un laser OPO IR qui nous permet maintenant de faire de
la spectroscopie infrarouge par autodétachement ou prédissociation vibrationnelle de
molécules ou d’agrégats moléculaires neutres. Parallèlement, afin d’étendre nos études à
des espèces pertinentes pour la modélisation en biologie moléculaire, nous avons
commencé à tester deux nouveaux montages. L’un, à Villetaneuse, pour la production, par
désorption laser en jet supersonique, soit d’un jet d’ions moléculaires qui pourrait
être couplé à l’OPO IR, soit d’un jet de molécules neutres non-volatiles actuellement
couplé à une ionisation à un photon VUV. L’autre, sur l’expérience Arc-en-Ciel d’Orsay
(LCP), pour la production d’un jet d’ions biomoléculaires (ElectroSpray Ionization)
actuellement couplé à un laser femtoseconde de photofragmentation et pouvant être
couplé à terme au dispositif complet de l’expérience Arc-en-Ciel permettant la détection en
coïncidence de tous les fragments neutres ou chargés issus de fragmentations produites par
collisions ou photoabsorption, ainsi que des études de dynamique de photofragmentation
femtoseconde. Enfin, nous avons débuté une expérience test sur le montage MICRA du
laser à électrons libres CLIO à Orsay sur la spectroscopie dans l’infrarouge lointain de
petits ions biomoléculaires. Nous nous sommes également équipés en logiciels et en
ordinateurs pour pouvoir effectuer nous-même les calculs de chimie quantique, avec
lesquels nous nous sommes familiarisés ces derniers mois et qui sont nécessaires pour
extraire de nos expériences des données structurales ou énergétiques sur les complexes
moléculaires que nous étudions.
Ces quatre années vont donc voir aboutir nos efforts pour faire évoluer le montage
expérimental actuel de formation d’anions dipolaires : couplage avec le laser OPO
infrarouge puis également avec la source à désorption laser de molécules neutres en jet
supersonique. Ce dispositif doit potentiellement nous permettre d’étudier la structure de
n’importe quel complexe entre deux molécules neutres du type briques élémentaires des
macromolécules biologiques : acide aminé ou dipeptide, base de l’ADN ou nucléoside,
mono ou disaccharide… Mais comme beaucoup de processus biologiques élémentaires
font aussi intervenir des ions moléculaires, les expériences en cours, de désorption laser
d’ions moléculaires en jet supersonique, permettant d’obtenir des espèces froides
nécessaires aux techniques de spectroscopie infrarouge, et de source ElectroSpray, seule
technique vraiment universelle pour faire passer en phase gazeuse n’importe quelle type de
biomolécules, devraient donner des résultats très complémentaires sur des molécules ou
des complexes ioniques d’intérêt biologique (petits peptides protonés, nucléotides,
complexes avec de l’eau…). Ces opérations s’inscrivent dans le cadre d’un plan pluriformations de l’Université, avec l’équipe de Protéomique de M. Caron à l’UFR de santé de
Bobigny, et d’un projet CNRS-DFG, avec l’équipe de C. Jouvet (PPM, Orsay) en France et
de B. Brutschy (Francfort) et R. Weinkauf (Düsseldorf) en Allemagne.
Après avoir organisé la première conférence EURESCO sur les molécules d’intérêt
biologique en phase gazeuse (mai 2000), nous avons participé à l’organisation scientifique
de la seconde (juillet 2002) et à la pérennité de cette conférence qui aura lieu en 2004 en
Angleterre et en 2006 à Prague. Nous avons également organisé un Atelier sur les liaisons
non-covalentes entre molécules d’intérêt biologique (octobre 2001) dans le cadre du GDR
Agrégats, dynamique et réactivité. Nous souhaitons continuer à promouvoir ces thèmes qui
nous semblent porteurs de nombreux développements futurs, y compris technologiques, si
nous savons profiter du savoir-faire des communautés de la Physico-chimie, de la
Spectroscopie moléculaire et de la Spectrométrie de masse, pour l’appliquer aux molécules
et complexes d’intérêt biologique en phase gazeuse, en associant toujours expériences et
modélisations.
I.1.2.G.2 Résultats (2000-2003)
a) Anions multipolaires de molécules simples
1 Principe
L’existence même des anions dipolaires ou multipolaires repose sur un principe très
simple. Considérons un électron s’approchant d’une molécule neutre, à couches fermées,
possédant un moment dipolaire électrique permanent (µ) et/ou un moment quadripolaire
(Q) et/ou une grande polarisabilité (α). Aux grandes distances, l’énergie potentielle
d’interaction est globalement attractive et donnée par les valeurs asymptotiques des
interactions dipolaires et/ou quadripolaires et/ou de polarisation. Aux courtes distances, au
niveau des orbitales moléculaires de valence liantes toutes occupées, l’interaction peut être
considérée comme essentiellement répulsive. Selon la profondeur et la largeur du puits de
potentiel ainsi créé, déterminées par les valeurs de µ, Q, α et de la répulsion, il existe ou
non un état lié de l’électron excédentaire, donnant ou non naissance à un anion
multipolaire stable. Du fait que les interactions attractives sont de bien moindre portée que
dans le cas Coulombien, on conçoit aisément que les énergies de liaison de l’électron en
excès (E) soient également bien moindres et tombent de fait dans le domaine des meV. Les
anions multipolaires apparaissent alors comme le pendant des états de Rydberg pour les
ions négatifs, avec une orbitale externe très diffuse (10 - 100 Å) mais ne comportant
généralement qu’un seul état lié.
2 Anions dipolaires
Nous avons poursuivi nos études [ACL101, ACL95, ACL96] sur la maîtrise et la
compréhension de la formation, par transfert d’électrons de Rydberg (RET), de ces anions
dans le cas dipolaire. D’abord sur notre propre dispositif expérimental [ACL96], en
étudiant l’urée et ces dérivés méthylés et deutérés. Malgré la simplicité relative de ces
molécules, la présence d’un mode de vibration mou correspondant aux deux conformations
anti/syn des deux groupements NH2, avec une variation notable du moment dipolaire
correspondant, rend difficile l’interprétation des données expérimentales. Malgré des
calculs quantiques des surfaces de potentiel du neutre et de l’anion dipolaire, le long de
cette coordonnée, nous n’avons pas trouvé d’interprétation satisfaisante. C’est sans doute
du fait que l’approximation de Born-Oppenheimer n’est plus du tout valide puisque les
mouvements de l’électron en excès et de ce mode possèdent des temps caractéristiques très
similaires. Nous avons également développé une collaboration [ACL95] avec le groupe de
R.N. Compton (Univ. Tennessee) qui a récemment mis sur pied une expérience similaire à
la notre (RET) mais utilisant des atomes de Rydberg alcalins (Rb). Cela nous a permis de
constater que nous pourrions gagner au moins un ordre de grandeur sur le signal en
utilisant également cette technique, qui nécessite néanmoins un schéma d’excitation à deux
photons (au lieu d’un bombardement électronique et d’un photon pour le xénon que nous
utilisons actuellement). Cela nous a permis également de valider encore une fois le modèle
ionique-covalent, que nous utilisons pour décrire les collisions de transfert de charge et
mesurer l’énergie de liaison de l’électron en excès, sur un très grand nombre de molécules
de dipôles variables et pour des énergies de collisions différentes.
3 Anions quadripolaires
Cette collaboration avec le groupe de R.N. Compton, ainsi que celui de K. Bowen
(Johns Hopkins Univ. Baltimore) qui possède une grande expérience de la spectroscopie de
photoélectrons (PES) sur les anions, nous a également permis de relancer nos études sur les
anions quadripolaires [ACL101], à partir d’espèces neutres et non polaires mais possédant
de grands moments quadripolaires. Nous avions déjà obtenu quelques résultats sur la
molécule de para-dinitobenzène et sur le dimère de formamide mais l’interprétation de ces
données avaient été un peu contestée, notamment par certains théoriciens qui ne trouvaient
pas d’état lié dans ces systèmes avec les mêmes méthodes qui donnaient bien les états
dipolaires. Avec la molécule de succinonitrile (N-C-CH2-CH2-CN), nous avons pu obtenir
une vision assez complète du problème et un accord expérience – calculs quantiques
presque parfait. Cette molécule possède en effet deux conformations donnant naissance à
deux types d’anions multipolaires. La conformation neutre gauche, la moins stable,
possède un fort moment dipolaire et conduit à un anion dipolaire qui est difficilement
observé dans les expériences de RET, car correspondant à l’espèce neutre minoritaire, mais
qui est la seule observée dans les expériences PES, car correspondant à l’anion le plus
stable. L’énergie de liaison de l ‘électron mesurée est E = 108 meV alors que la valeur
calculée, par la méthode B3LYP et en utilisant des bases d’orbitales optimisées par Yves
Bouteiller pour d’autres anions dipolaires, est de 138 meV. La conformation neutre trans
(ou anti), la plus stable, possède un moment dipolaire nul et un fort moment quadripolaire
négatif le long de l’axe de quasi-symétrie et conduit à un anion qui ne peut être que
quadripolaire et n’est observé, de façon évidente, que dans les expériences RET, car
correspondant à l’espèce neutre largement majoritaire mais à l’espèce anionique très
minoritaire. L’énergie de liaison mesurée est E = 20 meV, valeur qui est exactement celle
calculée, avec la même méthode que pour les anions dipolaires. Même si la fiabilité de ces
calculs n’est pas totale, les résultats expérimentaux suffisent par eux-mêmes à prouver que
le signal principal observé dans les expériences RET ne peut être dû qu’à la formation
d’anions quadripolaires. Ce travail fait l’objet d’un article soumis à Phys. Rev. Lett..
b) Anions dipolaires et complexes à liaisons Hydrogène
1 Principe
Si les anions dipolaires n’ont pas d’intérêt direct pour la biologie, car ils ne peuvent pas
être observés en phase condensée, nous avons montré qu’ils peuvent être utilisés pour
déterminer la structure de petits agrégats de biomolécules élémentaires, en phase gazeuse,
et étudier ainsi leurs interactions non-covalentes (liaisons H et van der Waals). Ces
molécules sont, en effet, généralement polaires et interagissent principalement par la
formation de liaisons hydrogène. Leurs agrégats neutres donnent donc souvent naissance à
des anions multipolaires, généralement sans changement de structure, dans lesquels
l’énergie de liaison E de l’électron en excès est très dépendante des caractéristiques
électrostatiques (µ, Q, α) et donc de la géométrie de l’espèce neutre. Notre technique de
transfert d’électron de Rydberg est très efficace pour former de tels anions dipolaires et
permet de mesurer aisément E. Nous pouvons ainsi valider la géométrie des configurations
d’équilibre de basse énergie, que nous calculons à l’aide de méthodes plus ou moins
sophistiquées, en déterminant leurs paramètres électrostatiques (µ, Q, α) et les valeurs de E
correspondantes attendues, que nous comparons aux valeurs expérimentales.
2 Complexes d’intérêt biologique
Nous avons ainsi récemment étudié les structures d’une série de dimères [ACL108,
ACL105, ACL104, ACL100] formés par des biomolécules élémentaires telles les bases de
l’ADN, la formamide ou l’urée et leurs dérivés méthylés ainsi que des molécules résidus
des acides aminés, comme le pyrrole, l’imidazole ou l’indole, en présence ou non de
molécules d’eau. Ces études ont montré que notre technique de spectroscopie d’électrons
de Rydberg était très complémentaire des méthodes spectroscopiques optiques, par
ionisation multiphotonique résonnante (REMPI), dans l’UV (ou en IR/UV) ou des
méthodes micro-ondes, pour obtenir des informations expérimentales sur la structure des
complexes : lorsqu’il s’agit d’étudier des complexes ne comportant pas de molécule
chromophore ou dont la spectroscopie UV est trop embrouillée, les méthodes optiques sont
inopérantes et, lorsque les molécules étudiées sont trop grosses ou que différents
complexes peuvent se former, les méthodes micro-ondes deviennent également trop
difficiles à mettre en oeuvre. Notre technique est alors la seule alternative possible si les
moments dipolaires des complexes formés tombent dans le domaine qui lui est bien
adapté : 2 à 5 D. C’est le cas des systèmes que nous avons étudiés récemment : adénineimidazole, adenine-pyrrole, amide-eau et urée-eau. A titre d’exemple, la figure ci-dessous
montre les structures de différentes configurations observées pour des complexes amideseau [ACL100], avec les valeurs correspondantes du moment dipolaire total µ et les
distances intermoléculaires calculées (en Å).
H
H
O
2.1
H
O
1.9
O
H
N
R
µ = 2.7 – 3.5 D
N
H
1.9
H C
3
C
R'
2.9
O
N
O
R'
CH
R'
O
N
µ = 4.0 – 4.4 D
R
C
R
C
R'
1.9
R
C
3
1.9
H
H
O
2.9
H
H
O
H
2.8
µ = 4.6– 4.9 D (haut) ; µ = 3.9-4.5 D (bas)
3 Complexes chiraux
Parallèlement nous avons continué d’essayer de démontrer la possibilité de
discrimination chirale [ACL103] dans des dimères, homochiraux ou hétérochiraux,
toujours grâce à la formation d’anions multipolaires. En formant des dimères de molécules
polaires chirales (R ou S) possédant plusieurs liaisons faibles entre elles (hydrogène ou de
van der Waals), les structures des diastéréoisomères (RR ou SS et RS ou SR) doivent être
différentes et donc conduire à des moments dipolaires différents que nous devrions être
capables de différencier par la formation de leurs anions dipolaires. La faisabilité de telles
études en phase gazeuse a déjà été démontrée par des techniques de spectroscopie UV
classiques (fluorescence, dépopulation) et nous voulions tester si notre technique était
assez sensible pour cela et si elle pouvait s’étendre à des molécules polaires mais sans
chromophore. Après différents essais infructueux, dus soit à des problèmes expérimentaux
soit à une insuffisance de discrimination entre diastéréoisomères, nous avons très
récemment observé un tel effet pour le complexe phényléthanol-prolinol. Comme le
phényléthanol est un bon chromophore UV, ce même complexe est actuellement en cours
d’étude, par spectroscopie UV, dans le groupe d’Anna Giardini (Rome), avec lequel ces
expériences ont été effectuées en collaboration. L’interprétation théorique en cours de nos
résultats ne s’avère pas simple et même si l’effet expérimental observé est indéniable, il ne
semble pas que notre technique puisse être généralisable à beaucoup d’autres complexes
chiraux.
c) Spectroscopie infrarouge d’espèces moléculaires neutres
1 Principe
La détermination univoque des structures d’équilibre des complexes neutres étudiés ne
peut pas toujours se faire à partir de la seule mesure de l’énergie de liaison E de l’électron
en excès de l’anion dipolaire correspondant. C’est pourquoi, nous avons décidé, il y a deux
ans, de nous doter d’un laser infrarouge dans le domaine 2-4 µm pour pouvoir coupler
notre dispositif de transfert d’électron de Rydberg à une technique spectroscopique
complémentaire. L’idée est qu’en irradiant, avec un laser IR, un complexe neutre,
préalablement à son ionisation sélective par transfert d ‘électron de Rydberg, on peut
induire sa dissociation (prédissociation vibrationnelle). On peut alors observer la
dépopulation de ce complexe sur le signal d’anions lorsque le laser IR est résonnant avec la
fréquence d’élongation d’une liaison covalente d’une des molécules engagée, par exemple,
dans une liaison hydrogène intermoléculaire. Les photons IR utilisés possèdent, en effet,
une énergie de l’ordre de 0.4 eV, alors que l’énergie de dissociation d’une liaison H est
typiquement de l’ordre de 0.2 eV, et leur absorption par un complexe provoque donc
généralement sa prédissociation vibrationnelle rapide. On détecte alors les fréquences de
résonance d’absorption IR par la diminution du signal d’anions dipolaires formés par
transfert d’électrons de Rydberg. Leur mesure précise (≈ 1 cm-1) est alors directement
comparable avec des calculs quantiques et valident, généralement sans ambiguïté, la
géométrie et, plus qualitativement, l’énergie de liaison intermoléculaire calculée pour les
complexes neutres.
Cette technique ne se limite pas à la spectroscopie des complexes moléculaires mais elle
peut être également opérationnelle et intéressante pour les molécules isolées. Dans ce cas,
l’absorption résonnante d’un photon IR (~0.4 eV) ne peut plus provoquer de dissociation,
car les énergies de dissociation moléculaires sont typiquement de l’ordre de quelques eV,
mais elle peut encore provoquer l’autodétachement de l’électron en excès de l’anion
dipolaire formé, dont l’énergie de liaison n’est que de quelques meV. Bien que le couplage
entre cet électron excédentaire et la vibration soit faible, la faiblesse de son énergie de
liaison comparée à l’énergie vibrationnelle interne rend l’autodétachement probable. Cette
technique est alors la seule alternative aux techniques de dépopulation IR couplées à
l’ionisation résonante UV (REMPI) ou de spectroscopie micro-ondes, lorsque la molécule
ou le complexe à étudier ne comporte pas de chromophore UV ou lorsqu’il est de trop
grande taille.
2 Laser OPO infrarouge
Les fréquences d’élongation intéressantes sont celles des liaisons C-H, N-H et O-H,
dans la gamme 2700-3800 cm-1, et les déplacements sont typiquement de l’ordre de
quelques cm-1 à quelques dizaines de cm-1. Il fallait donc disposer d’un laser IR accordable
dans toute cette gamme avec une finesse de l’ordre ou meilleure que le cm-1. Grâce au
travail efficace de notre doctorant Frédéric Lecomte, ce laser est maintenant opérationnel
et délivre environ 5 mJ par impulsion, à 10 Hz. Le schéma choisi est celui développé par
Hans-Dieter Barth dans l’équipe de Bernhard Brutschy (Université de Frankfort), avec
lesquels nous collaborons. Une cavité OPO, comportant un cristal de Niobate de Lithium
pompé par le fondamental (1.06 µm) d’un laser YAG, est injectée par le mélange, dans un
premier cristal, d’un laser à colorant accordable dans la gamme 620-670 nm et de la
seconde harmonique du YAG (532 nm). On transpose ainsi au laser OPO les qualités
spectrales du laser à colorant (0.1 cm-1), qui permet le balayage en longueur d’onde, et/ou
du laser YAG (0.01cm-1 en injecté ou 1cm-1 en non-injecté) de pompe. Par contre, pour
conserver l’accord de phase, ce montage nécessite l’asservissement simultané des deux
cristaux sur la longueur d’onde délivrée. Les premiers tests de ce laser ont été effectués sur
la photoexcitation ou la photoionisation de niveaux de Rydberg du xénon. Cela nous a
permis de faire une première optimisation du recouvrement des faisceaux lasers (laser
d’excitation du xénon et laser OPO IR) et de calibrer l’OPO en longueur d’onde absolue et
de déterminer sa largeur de raie.
3 Premiers résultats de spectroscopie IR
Plusieurs complexes simples de molécules organiques, comme le dimère d’eau ou le
complexe formamide-eau, et molécules isolées, comme la formamide ou l’acétonitrile, sont
actuellement en cours d’étude. Ce sont des systèmes tests faciles à mettre en œuvre, et ils
commencent à donner les premiers résultats. Dans le cas du dimère d’eau, nous n’avons
observé pour l’instant qu’une seule raie de résonance à 3600 cm-1, correspondant à une
dépopulation de 30 % et une largeur d’environ 10 cm-1. Cela confirme ainsi sans ambiguïté
possible, compte-tenu de notre méthode de sélection en masse non-perturbatrice par
formation d’anions dipolaires, la valeur de la fréquence de résonance de la liaison O-H liée
de la molécule donneuse de proton. Notons que cette fréquence avait été initialement
attribuée à un autre mode du fait de la présence, dans les expériences à haute résolution
mais sans sélection en masse, d’une autre raie intense à 3530 cm-1 qui s’est ensuite avérée
provenir des trimères, mais aussi du fait des valeurs théoriques calculées tournant autour de
3540 cm-1. Cet exemple illustre bien, même pour un complexe très simple, la nécessité
d’une méthode fiable de sélection en masse et la méfiance dont il faut faire preuve envers
les valeurs calculées, pour l’attribution des raies. Les deux autres raies aux alentours de
3740 cm-1, correspondant au mode libre de la molécule donneuse et au mode
antisymétrique de la molécule acceptrice, sont en cours d’étude. Le dernier mode,
symétrique de la molécule acceptrice, est sans doute de trop faible intensité pour pouvoir
être observé. Par contre, les mêmes expériences pourraient facilement être faites sur les
autres agrégats d’eau qui forment des anions faiblement liés (6, 7, 11, 12…).
Dans le cas de la molécule de formamide, nous avons pu observer les deux modes
(antisymétrique et symétrique) des vibrations N-H, à 3565 et 3440 cm-1. La dépopulation
observée est de l’ordre de 15 %, soit à la limite de notre détection, compte-tenu d’un bruit
de l’ordre de 10 %, mais ces raies possèdent également des intensités bien moindres
(facteur 8 au moins) que la raie du dimère d’eau observée précédemment. L’effet est
néanmoins net et reproductible, prouvant ainsi que l’autodétachement vibrationnel peut
être un processus également efficace pour observer une dépopulation d’une espèce, après
ionisation par formation d’anions dipolaires. Cela nous donne également une estimation de
l’intensité minimale qui permet l’observation d’une raie, dans notre dispositif actuel (~ 50
km/mol). La raie C-H à environ 2850 cm-1, 2 à 3 fois plus intense, a également été étudiée
avec un résultat qu’il aurait été difficile de prévoir : il y a bien une dépopulation assez nette
(20 %) mais plus large (20 cm-1) mais on l’observe également, avec exactement les mêmes
caractéristiques sur le dimère d’eau, qui ne possède aucune fréquence dans ce domaine.
L’interprétation probable est que cette longueur d’onde IR correspond accidentellement à
une transition à deux photons de l’état métastable 6s’ du xénon vers un état 5d, via un
niveau relais 6p.
Le complexe formamide-eau est également en cours d’étude. Nous avons déjà observé,
à la masse de la formamide seule mais en présence d’agrégats mixtes formamide-eau, des
raies qui apparaissent non pas en dépopulation mais en augmentation du signal d’anions. Il
se pourrait qu’elles correspondent à un processus de prédissociation vibrationnelle
d’agrégats neutres mixtes, menant à une augmentation du nombre de molécules neutres de
formamide dans le jet et donc du nombre d’anions dipolaires formés. Si cette interprétation
se confirme, il y a peut-être là un moyen d’obtenir des informations spectroscopiques
même pour des espèces ne formant pas d’anions dipolaires, en se plaçant non plus à la
masse du parent mais à celle du fragment attendu, même si elles ne sont plus
rigoureusement sélectionnées en masse. Dans tous les cas, on voit que cette méthode est
riche de possibilités même si sa limitation principale est le faible niveau de signal d’anions
(~1 ion/s), dans l’état actuel du dispositif.
d) Résultats sur les anions de valence
1 Nitrométhane-Argon
Nous avions déjà montré que la molécule de nitrométhane possède la particularité de
pouvoir donner naissance soit à des ions dipolaires soit des ions de valence. Nous en avons
plus récemment repris l’étude en collaboration avec Mark Johnson (Yale Univ.). En
solvatant cette molécule par quelques atomes d’argon, nous avons pu alors montrer que,
bien que l’affinité électronique de valence est bien supérieure (0.26 eV) à l’énergie de
liaison de l’électron en excès dans l ‘anion dipolaire (0.012 eV), ces deux états
électroniques sont bien couplés et peu ou pas séparés par une barrière de potentiel, malgré
la grande différence de géométrie des anions correspondants. Cette étude [ACL106]
complète notre travail précédent pour comprendre les relations entre états de valence et
états dipolaires, lorsque les deux coexistent, en particulier au sein d’un agrégat de gaz rare.
2 Disulfures
Suite à une collaboration entamée avec Chantal Houée-Levin (LCP, Orsay) et
Jacqueline Bergès (LCT, Jussieu) sur les anions dipolaires de la molécule de
diméthylsulfoxyde (DMSO), nous nous sommes également intéressés aux molécules de
disulfures et à leurs affinités électroniques de valence. Ce travail a été suscité par
l’importance, en biochimie, des ponts disulfures, qui déterminent la structure de
nombreuses protéines en la rigidifiant et dont la rupture peut être provoquée par
l’oxydation de la liaison S-S. L’équipe de Kit Bowen (John Hopkins Univ.), avec laquelle
nous collaborons régulièrement depuis longtemps, y a été également associée. Pour les
molécules de diméthyldisulfure et diéthyldisulfure, nous avons observé [ACL102], en bon
accord avec les calculs ab initio, une affinité électronique adiabatique positive (observation
d’anions de valence stables) mais faible (+0.1 eV) et une affinité électronique verticale
négative (-0.2 eV), ce qui conduit souvent à des processus d’attachement dissociatif
(nombreux fragments).
3 Glycine - eau
Nous avions déjà [ACL109] travaillé sur les affinités électroniques des bases de l’ADN
et de molécules modèles (pyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine), en stabilisant les
anions de valence, initialement instables, par solvatation au sein d’agrégats atomiques (gaz
rares) ou moléculaires (eau, ammoniac). Dans le cadre du contrat CNRS-DFG que nous
avons obtenu, avec l’équipe de C. Jouvet (PPM, Orsay) en France et de B. Brutschy
(Francfort) et R. Weinkauf (Düsseldorf) en Allemagne, nous souhaitons maintenant nous
intéresser aux acides aminés (AA). L’intérêt de ceux-ci est que, neutres, ils peuvent se
trouver soit sous forme canonique (NH2-CHR-COOH) soit sous forme zwitterionique
(NH3+-CHR-COO-) et que, dans les anions, l’électron en excès peut s’attacher soit à la
forme canonique sous forme d’anion dipolaire soit à la forme zwitterionique sous forme de
radical. Comme, dans les deux états de charges, on s’attend à ce que les formes canoniques
soient les plus stables isolées en phase gazeuse mais que les formes zwitterioniques
deviennent les plus stables au fur et à mesure de la solvatation, nous souhaitons étudier les
agrégats mixtes AA–(eau)N. Des expériences par RET, sur n’importe lesquels des 20
acides aminés naturels, et par spectroscopie UV REMPI, sur les 3 trois seuls acides aminés
contenant un chromophore UV, éventuellement combinées avec la spectroscopie de
dépopulation IR, devraient permettre de discriminer les formes canoniques et
zwitterioniques suivant l’état de solvatation (N).
En attendant, nous avons déjà réalisé des calculs de chimie quantiques de ces agrégats,
neutres ou anioniques AA–(eau)N pour N = 0 à 5 et AA = glycine (le plus simple des
acides aminés : R = H). Les résultats de ces calculs, effectués au niveau B3LYP/631++G** et en passe d’être finalisés, montrent que s’il faut plus de 5 molécules d’eau pour
stabiliser la forme zwitterionique neutre par rapport à la forme canonique neutre, cette
transition s’opère à N = 3 ou 4 pour les anions. De plus les configurations canoniques
neutres de plus basses énergies possèdent rarement des moments dipolaires assez grands
pour donner lieu à des anions dipolaires stables. Ceci est en assez bon accord avec les
expériences de PES réalisées dans le groupe de K. Bowen, même si certains points restent
encore à éclaircir. La combinaison des ces calculs, des expériences de PES et des
expériences de RET et de REMPI à venir devrait nous permettre de comprendre vraiment
comment a lieu cette transition canonique – zwittérion.
Publications et communications AMIBES
I.1.2.G.3 Publications et communications AMIBES
ACL95 HAMMER N.I., DIRI K., JORDAN K.D., DESFRANCOIS C., COMPTON R.N.,
Dipole-bound anions of carbonyl, nitrile and sulfoxyde containing molecules,
J. Chem. Phys., 119, 3650-3660, (2003).
ACL96 LECOMTE F., LUCAS B., GREGOIRE G., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Urea and methylurea dipole-bound anions,
Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 3120-3125, (2003).
ACL97 WEINKAUF R., SCHERMANN J-P., DE VRIES M.S., KLEINERMANNS K.,
Molecular physics of building blocks of life under isolated or defined conditions,
Eur. Phys. J. D 20, 309-316, (2002).
ACL98 DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Structural dependence of electron transfer to non-covalent polar complexes,
Chem. Soc. Rev. 31, 269-274, (2002).
ACL99 GREGOIRE G., KANG H., DEDONDER-LARDEUX C., MARTRENCHARD S. and JOUVET
C.,
Catching the collision complex through a femtosecond coherently controlled pump/probe process,
J. Phys. Chem. A 117, 10088-10096, (2002).
Structures of amide-water neutral complexes from dipole-bound anion formation,
Eur. Phys. J. D 20, 449-457, (2002).
ACL101 ABDOUL-CARIME H., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Multipole-Bound Molecular Negative Ions,
Few Body Systems, 31, 183-190, (2002).
ACL102 CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C., XU S., NILLES J.M.,
BOWEN K.H., BERGES J., HOUEE-LEVIN C.,
Non-dissociative electron capture by disulfide bonds,
J. Phys. Chem. A 105, 5622-5626, (2001).
ACL103 CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P., JALBOUT A.F., ADAMOWICZ L.,
Dipole-bound anion of 1,3-butanediol. Ab initio and Rydberg electron transfer spectroscopy study,
Chem. Phys. Lett. 334, 374-380, (2001).
ACL104 CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P., BERGES J., HOUEE-LEVIN C.,
Rydberg electron transfer spectroscopy and ab initio studies of dimethylsulfoxide-water neutral
and anion dimers,
Int. J. Mass Spec. 205, 227-232, (2001).
ACL105 CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Gas-phase experimental and theoretical studies of adenine, imidazole, pyrrole and water noncovalent complexes,
J. Phys. Chem A 104, 10662-10668, (2000).
ACL106 LECOMTE F., CARLES S., DESFRANCOIS C., JOHNSON M.A.,
Dipole-bound and valence state coupling in argon-solvated nitromethane anions,
J. Chem. Phys. 113, 10973-10977, (2000).
ACL107 DESFRANCOIS C., CARLES S., SCHERMANN J-P.,
Clusters of molecules of biological interest,
Chem. Reviews 100, 3943-3962, (2000).
ACL108 CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P., SMITH D.M.A., ADAMOWICZ L.,
Structure and electron affinities of indole(water)N clusters,
J. Chem. Phys. 112, 3726-3734, (2000).
ACL109 PÉRIQUET V., MOREAU A., CARLES S., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Cluster size effects upon anion solvation of N-heterocyclic molecules and nucleic acid bases,
J. Elec. Spec. Rel. Phen. 106, 141-151, (2000).
1 Orales
COM94 GRÉGOIRE G.,
Capture et stabilisation d’un complexe collisionnel en utilisant des agrégats de van der Waals et
une suite d’impulsion femtosecondes,
Réunion plénière du GDR «Agrégats, dynamique et réactivité», Lyon (Juin 2002).
COM95 DESFRANCOIS C., exposé de synthèse,
Agrégats, molécules d’intérêt biologique et spectrométrie de masse
COM96 CARLES S., LECOMTE F., DESFRANCOIS C. and SCHERMANN J-P.,
Aspects expérimentaux de l’étude des molécules et agrégats d’intérêt biologique en phase gazeuse;
Présent et futur
Atelier du GDR-CNRS «Agrégats, dynamique et réactivité» sur «Agégats et liaisons noncovalentes entre molécules d’intérêt biologique», Villetaneuse (Octobre 2001).
COM97 DESFRANCOIS C.,
Gas-phase solvation of biological molecules,
Gordon Research Conference on "Biological Molecules in the Gas Phase",
Connecticut College, New London, USA, (juin 2001), (Session chairman).
COM98 SCHERMANN J-P.,
Stuctures of weakly bound clusters of Biological interest,
XIX International Symposium on Molecular Beams,
Rome, Italie, (juin 2001), (Session chairman).
COM99 SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Experimental comparison of the biological effects of different water-ethanol mixtures,
Euroconference on Molecules of Biological Interest in the Gas Phase,
Les Houches, France, (mai 2000), (Membre du comité scientifique et organisateur).
2 Posters
COM100 GREGOIRE G., LECOMTE F., LUCAS B., BOUTEILLER Y., SCHERMANN J-P.,
DESFRANCOIS C.,
IR depletion spectroscopy coupled to dipole – bound anion formation:amide-water systems,
Gordon Research Conference on “Biological Molecules in the Gas Phase”,
Connecticut College, New London, USA, (juillet 2003).
c) Conférences invitées (INV)
INV58
LUCAS B, REIMANN B., GREGOIRE G., BOUTEILLER Y., SCHERMANN J-P.,
DESFRANCOIS C.,
Infrared spectroscopic structural studies on polar neutral complexes and on small protonated
peptides,
3rd EURESCO on Molecules of Biological Interest in the Gas Phase,
Exeter, Angleterre, (avril 2004).
INV59
LUCAS B, REIMANN B., GREGOIRE G., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
A new mass-selective spectroscopic technique for structural studies of neutral polar complexes,
XIVth Symposium on Atomic Cluster and Surface Physics (SASP 2004),
La Thuile (Aoste), Italie, (février 2004).
INV60
DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Multipole-bound negative ions,
3rd International workshop on dynamics and structure of critically stable quantum few-body
systems,
Trente, Italie, (septembre 2003).
INV61
DESFRANCOIS C., GREGOIRE G., LECOMTE F., LUCAS B., BOUTEILLER Y.,
SCHERMANN J-P.,
Gas-phase studies of small clusters of biomolecular building blocks,
Workshop on photoactive biomolecules in the gas phase, in liquids and in vivo,
Aarhus, Danemark, (juillet 2003).
INV62
SCHERMANN J-P.,
Cluster beam studies of hydration sites of biologically relevant systems,
XXème International Symposium on Molecular Beams,
Lisbon, Portugal, (juin 2003).
INV63
SCHERMANN J-P.,
Probing non-covalent interactions between molecules of biological interest by dipole-bound anion
formation,
13ème International Conference on Electron-Molecule Collisions and Swarms (EMS 2003),
Pruhonice (Prague), République Tchèque, (août 2003).
INV64
Affinités électroniques des bases de l'ADN isolées,
Journée sur la radiolyse de principes actifs en solution aqueuse,
Bruxelles, Belgique, (novembre 2002).
INV65
LECOMTE F., LUCAS B., GRÉGOIRE G., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Complexes of biological interest with very weak electron affinities; Experiment and theory,
2nd International Symposium on Low-Energy Electron-Molecule Interactions,
Chlewiska, Pologne, (septembre 2002).
INV66
LECOMTE F., LUCAS B., GREGOIRE G., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Rydberg Electron Transfer spectroscopy on small complexes of biomolecular building blocks,
2nd EURESCO “Molecules of Biological Interest in the Gas Phase: Euroconference on
Fundamental studies and Applications”,
Wilbald Kreuth, Allemagne, (juillet 2002).
INV67
Multipole-bound molecular negative ions,
International Workshop on Dynamics and Structure of Critically Stable Quantum Few-Body
Systems,
Les Houches, France, (octobre 2001).
INV68
LECOMTE F., CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Valence and multipole-bound cluster anions,
Gordon Research Conference on Photoions, Photoionization and Photodetachment,
Williams College, Massachussetts, USA, (juillet 2001).
INV69
Rydberg Electron Transfer spectroscopy with Dipole-Bound Anions,
International Symposium of the Volkswagen Stiftung "Isolated Molecules of Biological Interest",
Duesseldorf, Allemagne, (juin 2001).
INV70
DESFRANCOIS C., CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P.,
Multipole electron binding to complexes of biological interest,
European Conference on Atomic and Molecular Physics, ECAMPVII,
Berlin, Allemagne, (avril 2001).
INV71
CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C., BERGES J., HOUEELEVIN C., XU S., NILLES J.M., BOWEN K.H.,
Electron attachment to sulfur-containing biological systems,
International Symposium on Low Energy Electron - Molecule Interactions,
Going, Autriche, (march 2001).
INV72
CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Complexes of biomolecular building blocks: Rydberg electron transfer spectroscopy and
theoretical calculations,
"Gordon” conference on Molecular and ionic clusters,
Toulouse, France, (avril 2000).
INV73
CARLES S., LECOMTE F., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Clusters of biological interest,
SASP 2000,
Folgaria, Italie, (février 2000).
d) Ouvrages scientifiques (ou chapitres) (OS)
OS19
LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Multipole bound anions of organic molecules,
Review paper in "Theoretical Prospect of Negative Ions",
Ed. J. Kalcher, Research Sign Post, Trivandrum, 29-41, (2001).
OS20
Molecular beam studies of DNA bases,
Review paper in "Atomic and Molecular Beams",
Ed. R. Campargue, Springer, 815-825, (2001).
Optique et problèmes de transformation inverse en milieux aléatoires – OPTIMA
I.1.2.H Optique et problèmes de transformation inverse en milieux aléatoires –
OPTIMA
Responsable :
Doctorants :
ATER (2002-2003) :
CDD :
E. Tinet (Maître de Conférences).
S. Avrillier (Professeur des Universités), J.-M. Tualle (Chargé
de Recherche, CNRS) D. Ettori (Maître de conférences), P.
Berthaud (Maître de conférences, depuis septembre 2000).
J. Prat (Allocataire MNERT, thèse soutenue en septembre
2002),
H.L. Nghiem (Bourse CNRS DRI depuis décembre 2001),
C. Schäfauer (Allocataires MJENR, depuis septembre 2002).
R. Sablong,
X. Renon (IE juin à novembre 2003).
Collaborations extérieures : Pr. J.P. OLLIVIER, Service de Cardiologie H.I.A du Val de
Grâce, Paris,
Pr LE DUC, Service d’Urologie, Hôpital Saint-Louis, Paris
Dr F. COSTES et J.C. BARTHELEMY, Service d'Exploration
Fonctionnelles, CHU de Saint Etienne,
Dr. J.C. JOUANIN et Dr. D. TRAN, IMASSA, Centre d'essais
en Vol, Brétigny sur Orge,
Dr. J.F. KAHN, Laboratoire de Physiologie, Faculté de
médecine de la Pitié Salpetrière, Paris,
Dr. G. WAGNIERES, Ecole Polytechnique Fédérale de
Lausanne, Suisse,
Pr BICH, CNST Hanoi, Viet Nam.
I.1.2.H.1 Présentation générale
Les activités de recherche de l'équipe OPTIMA sont structurées autour de deux thèmes
principaux : Le premier de ces thèmes correspond à l'étude fondamentale, théorique et
expérimentale, de la propagation des faisceaux lumineux dans les milieux diffusants et
inhomogènes. Au centre de cette étude est la résolution du problème inverse, c’est à dire la
capacité à obtenir de l’information quant à la nature des milieux diffusants ou à leur
structure. La mise en œuvre du problème inverse nécessite en préalable la résolution la
plus rapide et la plus précise possible du problème direct, qui correspond à l’évaluation a
priori de la lumière issue d’un milieu connu. Dans ce but, nous développons des approches
purement analytiques novatrices, très rapides, dont les domaines d’application sont testés
par des simulations numériques de Monte Carlo très précises et performantes. Ces modèles
théoriques, numériques ou analytiques, sont expérimentalement validés par plusieurs
montages expérimentaux utilisant des milieux diffusants artificiels de propriétés optiques
calibrées (appelés "phantoms").
Le second thème consiste à développer de nouveaux outils de diagnostic médical
utilisant la lumière comme support de l'information. Les principaux avantages du
diagnostic optique comparé aux méthodes de diagnostic usuelles proviennent de la nature
non ionisante de la lumière et du caractère non-invasif de la mesure puisque l'énergie
lumineuse requise est faible et n'entraîne aucune modification structurelle ou fonctionnelle
des tissus explorés. Ceci a pour conséquence la possibilité d'un suivi de longue durée sans
danger notable pour le patient. Cet aspect diagnostique nous a permis d'aborder de
nouveaux domaines de la médecine et d'établir des relations étroites avec plusieurs équipes
de recherche médicales ainsi qu’avec des industriels intéressés par le développement des
appareils mis au point au laboratoire.
Ces deux thèmes sont étroitement imbriqués. En effet, une méthode de diagnostic
nécessite une mesure quantitative de certains paramètres optiques des tissus biologiques.
Or ces milieux présentent une très forte diffusion de la lumière, très efficace pour brouiller
l’information. Cette information doit être reconstruite à l’aide de notre connaissance du
transfert radiatif. Toute avancée théorique peut donc nous ouvrir de nouvelles opportunités
de méthodes de diagnostic, en améliorant la qualité des résultats ou en donnant accès à des
paramètres jusque là inaccessibles. Inversement, les objectifs que nous déterminons avec
nos partenaires médecins permettent de définir la nature de l’information que nous
souhaitons extraire des milieux biologiques et nous incitent à développer des modèles
permettant de l’obtenir.
a) Etude fondamentale de la propagation des faisceaux lumineux dans les milieux
diffusants et inhomogènes
Nous nous sommes intéressés à l’analyse résolue dans l’espace et/ou dans le temps de la
lumière diffuse, ce qui correspond aux capacités expérimentales actuellement disponibles.
D'un point de vue théorique, la procédure d’inversion généralement utilisée est une
procédure d’optimisation qui ajuste les valeurs des différents paramètres recherchés de
façon à simuler au mieux les données expérimentales. L’un des points clés de cette
méthode est donc la qualité de la simulation du problème direct. Il s’agit de pouvoir
effectuer ce dernier d’une manière qui soit à la fois rapide et fiable.
1 Simulations de Monte Carlo
Leur principe consiste à « découper » l’énergie lumineuse incidente en paquets
d’énergie, décrits par leurs positions dans l’espace des phases. Ces paquets d’énergie
subissent des cascades aléatoires d’évènements, qui correspondent à une description des
processus élémentaires que sont les émissions de lumière, les propagations, les diffusions,
les changements de milieux et les absorptions. La description élémentaire des phénomènes
est identique à celle mise en oeuvre pour obtenir l'équation du transfert radiatif et ne fait
pas intervenir d'approximation supplémentaire. Une simulation de Monte Carlo est donc
équivalente à une résolution rigoureuse de cette équation. Cependant, la solution est
obtenue de manière statistique, en analysant l’histoire d’un grand nombre de paquets
d’énergie. La précision du résultat peut être aussi grande que désirée, pourvu que l’on y
investisse la puissance de calcul requise. La description du milieu, des sources et des
détecteurs peut être aussi complexe que souhaitée. La lumière peut être polarisée. La seule
limite actuelle est la description de la cohérence. Mais chaque accroissement du degré de
réalisme entraîne une augmentation considérable du coût du calcul. Depuis 1988 nous
développons des simulateurs de Monte Carlo avec un double objectif : obtenir d’une part
une richesse de description correspondant aux capacités expérimentales dont nous
disposons, augmenter d’autre part la vitesse de nos simulations, en optimisant
systématiquement les codes en fonction de l’architecture informatique utilisée, en
enrichissant l’information obtenue à chaque étape du calcul dans la mesure où cette
augmentation n’entraîne pas un accroissement démesuré de la complexité, en augmentant
enfin la vitesse de convergence par des techniques quasi-Monte Carlo. Ces simulations
demeurent toutefois beaucoup trop lentes pour être inclues en tant que telles dans la
procédure d’optimisation du problème inverse. Nous les utilisons pour construire des
abaques pré-calculées que nous pouvons exploiter en temps réel comme nous l’exposerons
plus bas dans le cas de l’oxymétrie, ou bien en tant que référence pour évaluer la qualité
des modèles analytiques que nous développons.
2 Approches analytiques et semi-analytiques
L’équation du transfert radiatif étant très difficile à aborder, il est avantageux d’utiliser
des approximations telles que l’approximation de la diffusion. Cette approximation permet
de décrire le comportement de la lumière diffuse aux grandes échelles d’espace et de
temps, de l’ordre du centimètre et de quelques centaines de picosecondes, en simplifiant
considérablement le calcul qui est ramené à un simple problème de diffusion. Ces échelles
correspondent aux tailles typiques des structures biologiques qui nous intéressent, pour
analyser un organe par exemple. Les microstructures composant les tissus sont moyennées
et les tissus sont essentiellement vus comme des milieux stratifiés. Les constantes de
diffusion et d’absorption suffisent alors à décrire les caractéristiques optiques de chaque
couche. L’étude de l’équation de la diffusion en milieux stratifiés fait donc l’objet de
recherches particulièrement actives. Dans le cas de l’oxymétrie, qui constitue une
application majeure de ces études, nous ne demandons que les coefficients optiques de la
couche inférieure semi-infinie. Il n’est donc pas nécessaire de déduire tous les coefficients
optiques de toutes les couches. De manière évidente, il est préférable de limiter le nombre
de paramètres à déduire du problème inverse. Nous avons démontré qu’il est possible
d’avoir plus directement les coefficients de la couche inférieure semi-infinie surmontée de
plusieurs autres couches. Il a longtemps été supposé que le comportement temporel
asymptotique de la lumière rétrodiffusée était semblable à celui de la couche inférieure. En
fait, nous avons montré que cela n’est vrai que si l’épaisseur des couches supérieures ne
dépasse pas une valeur critique. Si tel est le cas, nous avons développé une procédure
permettant d’obtenir immédiatement une valeur précise des coefficients optiques de la
couche inférieure sans aucune information préalable quant à la nature des couches
supérieures traversées, et en utilisant un domaine temporel physiquement accessible. En
effet, le comportement asymptotique correspond à un flux de photons très faible, qui peut
être difficile à mesurer. Nous avons développé une méthode qui exploite des temps
expérimentalement longs, mais qui n’atteignent pas la limite mathématique correspondant
effectivement à un milieu semi-infini.
3 Développement expérimentaux pour la réflectance résolue dans l'espace et/ou
dans le temps
L’information la plus riche que nous pouvons obtenir de manière non invasive est
acquise grâce à la collecte de la lumière diffusée à la surface des tissus, résolue
simultanément spatialement et temporellement. Le principe consiste à utiliser des
impulsions laser extrêmement courtes, de l'ordre de la picoseconde ou d'une fraction de
picoseconde, et un détecteur assez rapide pour suivre l'évolution temporelle du signal reçu
après la traversée du tissu étudié. On peut ainsi distinguer les photons qui l’ont traversé très
vite, et sont donc restés à proximité de sa surface, de ceux qui ont été diffusés de
nombreuses fois et qui ont exploré un volume plus vaste. Nous disposons au laboratoire
d'une chaîne de mesure complète avec une résolution temporelle directe: un laser TitaneSaphir femtoseconde Vitesse de la société Coherent, fourni par un mécène, et une caméra à
balayage de fente synchroscan Hamamatsu, financée conjointement en 1998 par le CNRS
et l’Association Française contre la Myopathie. La caméra à balayage de fente est un
instrument qui a de grandes qualités : avant tout, elle permet d’avoir directement
l’évolution de l’intensité diffuse sur quelques nanosecondes, avec une excellente résolution
temporelle pouvant atteindre une dizaine de picosecondes, de plus elle est capable de
fonctionner avec de très faibles signaux. En revanche, cet instrument a aussi des
inconvénients : la caméra est extrêmement sensible aux fluctuations du laser ou de la
synchronisation avec ce dernier et la résolution temporelle s’en trouve vite dégradée. Sa
calibration est difficile car sa réponse n’est pas homogène spatialement, dépend du gain
appliqué et du calibre temporel choisi. Enfin, le point le plus délicat est dû au fait que
même si de faibles signaux sont détectables grâce au gain important que cet instrument
possède, la dynamique de la mesure n’est pas très grande.
Nous avons en conséquence travaillé à la recherche de méthodes alternatives pour la
mesure résolue en temps de la lumière diffuse. Le temps de propagation étant lié à la
longueur des « trajectoires » effectuées par la lumière, on pourrait penser utiliser une
méthode interférométrique pour isoler les trajectoires d’une longueur donnée. Des
expériences allant dans ce sens sont effectuées depuis longtemps, désignées sous le nom de
tomographie optique cohérente. En effet, seule la composante dite « cohérente » du champ
va contribuer au signal d’interférence. Cette composante peut s’interpréter comme la partie
de l’énergie lumineuse qui n’a pas subi de diffusion. Ces techniques permettent ainsi
d’éliminer le fond diffus et de réaliser des images tridimensionnelles du milieu. Le
problème de ces méthodes est que cette composante non diffusée s’atténue très rapidement,
limitant les régions explorées à des épaisseurs de quelques centaines de micromètres. Pour
pouvoir utiliser une méthode interférométrique avec la composante diffuse du champ (dite
« incohérente »), il fallait contourner les limitations habituellement liées à la cohérence
spatiale et temporelle du signal. Le principe de notre système consiste à générer des
interférences entre la lumière diffuse issue du milieu et un faisceau de référence. La source
est une diode laser, avec une grande longueur de cohérence, dont nous modulons la
longueur d’onde. Nous avons montré qu’il est possible d’obtenir, par un traitement
numérique approprié qui constitue le cœur de notre méthode, l’évolution temporelle de la
lumière diffuse à partir de l’interférogramme de speckle. La nature interférométrique de
cette technique implique une grande sensibilité et une grande dynamique. Nous sommes
aussi en mesure de développer des appareils qui apporteront la résolution temporelle et
spatiale à la manière d’une caméra à balayage de fente mais sans sa complexité et avec la
dynamique du dispositif interférométrique. De plus le coût de ces dispositifs sera
extrêmement réduit et permettra leur utilisation courante en hôpital. Nous obtenu une aide
de l’ANVAR pour financer et valoriser le brevet que nous avons déposé pour cette
méthode originale. Nous sommes actuellement en contact avec plusieurs industriels pour le
développement de ce dispositif.
Le balayage de cohérence fait actuellement l’objet d’une intense activité expérimentale
et théorique au sein de notre équipe. Nous avons testé différentes sources laser, de simple
diodes dont on peut moduler la longueur d’onde en contrôlant le courant, jusqu’à des
diodes laser à cavité externe Littman permettant de moduler la longueur d’onde sur une
grande plage sans saut de mode et indépendamment de l’intensité optique. Pour la
construction de l’interféromètre, nous utilisons des technologies « tout fibré » dans le but
d’amener à un dispositif très compact et d’une mise en œuvre très simple. Pour les
détecteurs, nous travaillons sur la qualité des préamplificateurs, afin de bénéficier d’une
grande dynamique.. Nous travaillons également sur un système utilisant une caméra CCD
rapide pour l’acquisition, qui permettra de collecter un flux extrêmement faible de photons,
comme c’est le cas en transillumination d’organes relativement épais (mammographie). Un
autre avantage clé de notre procédé est que l’étude des corrélations de tavelures peut
amener d’autres informations utiles : les mouvements à l’intérieur du milieu induisent en
effet des fluctuations de tavelures, dont l’étude peut permettre de caractériser les
mouvement en question (mouvements Browniens, flux sanguins …). Ce domaine a déjà été
largement étudié (Diffusive Wave Spectroscopy), mais nous l’abordons sous un jour
nouveau: en séparant bien les échelles de temps des fluctuations de tavelures liées à la
modulation en longueur d’onde et aux mouvements du milieu, nous pouvons étudier les
corrélations de tavelures résolues dans le temps. Le point essentiel ici est que les
corrélations de tavelures promettent d’être très sensibles à la présence d’un contraste de
vascularisation. Cette méthode peut être envisagée pour tous problèmes concernant le
transfert radiatif résolu dans le temps, mais nous pensons que, au delà de son intérêt au
plan de la physique fondamentale, elle peut aboutir à une méthode de tomographie
vraiment nouvelle et efficace car multicritères (densité optique des tissus, concentration en
hémoglobine, flux sanguin, contrastes d’oxygénation). Nous venons de recevoir des
financements importants de la part du CNRS (équipement, novembre 2001 et ATIP Jeune
Chercheurs 2002) pour le développement de différentes versions de notre système,
permettant plusieurs applications de diagnostic médicale différentes (oxymétrie résolue
dans le temps et mammographie).
b) Développement et évaluation clinique de dispositifs de diagnostic optique
1 Diagnostics par spectroscopie de fluorescence
L'application visée est la détection de tumeurs précoces de la vessie par une méthode
rapide et non invasive. Pour éviter l'utilisation de fluorophores exogènes, souvent peu
sélectifs et dangereux pour le patient, nous nous intéressons à l'auto fluorescence des
tissus. La longueur d'onde d’excitation est choisie à 308 nm pour exciter à la fois la
fluorescence du NAD(P)H et du tryptophane présents en proportions différentes dans les
cellules saines ou tumorales, ce qui permet d’obtenir des spectres de fluorescence
sensiblement différents suivant l’état de la paroi vésicale. Une étude clinique préliminaire,
menée en 1996 sur 25 patients, et utilisant une seule fibre pour faire un échantillonnage
point à point, nous a permis de montrer, par des mesures spectroscopiques détaillées, que
le rapport des intensités d'autofluorescence à deux longueurs d'onde (360 nm et 450 nm)
offre un excellent critère de diagnostic des carcinomes in situ (CIS). Ces CIS sont des
tumeurs précoces de l'épithélium de dimensions de l'ordre du cm2 sur 100 µm de
profondeur dont le pronostic est très mauvais et qui ne sont pas détectables par les
méthodes de cystoscopie classiques. Pour simplifier le prototype clinique nous avons donc
choisi de mesurer uniquement le rapport de l’intensité de l’autofluorescence à ces deux
longueurs d’onde ce qui permet de plus d’éviter les mesures absolues d’intensité difficiles
à réaliser in vivo (l’éloignement de la sonde du tissu et l’état de surface de la sonde sont
difficiles à garantir).
Cette simplification nous permet également d’aborder l’étape suivante qui consiste à
réaliser un système d'imagerie de fluorescence intégrant ce principe de diagnostic. La
difficulté majeure que nous avons rencontrée dans cette démarche est l’absence
d'endoscope imageur commercialisé qui possèderait les caractéristiques nécessaires à notre
projet c 'est-à-dire à la fois une bonne transmission aux deux longueurs d’onde de
fluorescence utilisées, et en particulier celle située dans l’UV proche (360 nm), et des
dimensions compatibles avec le mode opératoire des chirurgiens. En effet, les fibres
transmettant l’UV ne sont pas compatibles avec le procédé de fabrication des faisceaux
« cohérents », c’est à dire tels que l’ordre des fibres soit préservé sur les deux extrémités
du faisceau. Nous avons prouvé que nous pouvions contourner cette difficulté en
développant notre propre endoscope et notre propre système optique de détection à deux
longueurs d'onde. Notre endoscope est constitué d'un faisceau désordonné de fibres
optiques transmettant l’UV, de 100 µm de cœur et de 125 µm de diamètre extérieur, en
silice/silice à forte teneur en OH, stérilisables et bio-compatibles (polymicro FVP). Le
diamètre extérieur total de la sonde est 1,3 mm. Ce faisceau, dont le désordre à été
caractérisé au préalable, est connecté à une caméra CCD (Hamamatsu C5985-12). Un
programme informatique, que nous avons développé au laboratoire, permet de «remettre en
ordre» par logiciel et en temps réel, les pixels de l’image désordonnée délivrée par les
fibres du faisceau sur la caméra. L’image ainsi obtenue a une faible résolution : le nombre
total de fibres dans le faisceau est de l’ordre de quelque centaines, mais le millier de fibres
est possible en utilisant des diamètres de coeur plus faibles (50 µm). Cette faible résolution
n’est pas gênante dans la mesure où le dispositif est conçu pour être introduit dans le canal
opératoire d’un endoscope commercial de haute qualité utilisé dans les procédures
classiques d’exploration de la vessie : Le médecin parcourt la paroi de la vessie exactement
comme lors d’un examen traditionnel et le diagnostic est déclenché à volonté pour obtenir
l’analyse de la région actuellement observée. L’image visible délivrée par l’endoscope
commercial est alors «figée» par l’ordinateur, la lumière blanche est éteinte et le laser
excimère XeCl est déclenché (impulsions de 5 ns, quelques µJ en bout d’une fibre
d’excitation placée parallèlement à notre faisceau désordonné). Grâce à un système de
filtres, deux images de fluorescence sont acquises simultanément sur la caméra
monochrome située en sortie de notre faisceau puis ordonnées par logiciel, l’une
correspondant à 360 nm et l’autre à 440 nm. Le diagnostic est ensuite présenté au médecin
sous forme d’un coloriage de la zone explorée en fausses couleurs indexées par le rapport
d’intensité I360/I440, et superposé à l’image «figée» obtenue dans le domaine visible.
Fig. 33 Structure du prototype d’imagerie par autofluorescence. Sont ajoutés sur un endocope classique, utilisé en
lumière blanche, notre faisceau ordonné informatiquement et notre analyse d’images à deux longueurs
d’onde de la l’autofluorescence excitée par le laser XeCl.
A moyen terme, une analyse avec un plus grand nombre de longueur d’ondes sera
ajoutée. Elle permettra une caractérisation plus fine des tumeurs dépistées par notre
procédure. Ce prototype est actuellement dans notre laboratoire, en cours d’intégration et
de tests. Nous venons de trouver un industriel (Thales) qui nous construit un nombre
suffisant de faisceaux conformes au notre pour nous permettre, dès leur réception, une
campagne d’utilisation clinique relativement intensive, en bloc opératoire, de notre
prototype.
2 Détection du rejet d'un organe greffé à partir de mesures de réflectance résolue
dans le temps
Le rejet de la greffe est la principale cause d’échec d’une transplantation cardiaque et
l’efficacité du traitement dépend de manière décisive de son dépistage le plus précoce
possible. La méthode actuellement utilisée est très invasive. Elle consiste à effectuer une
biopsie du tissu cardiaque, en prélevant chaque semaine un échantillon de l’ordre du
millimètre cube. Il n’est pas possible d’augmenter indéfiniment le nombre de points de
mesure sans risquer d’endommager gravement le myocarde. En collaboration avec le
service de Chirurgie Cardio-Vasculaire de l’hôpital de la Pitié-Sapêtrière, nous avons donc
proposé de réaliser une sonde capable, de manière peu invasive, de mesurer les coefficients
optiques locaux du myocarde. En effet, les signes de rejets sont liés à une profonde
altération de la structure du myocarde. Nous nous attendons à pouvoir repérer ces
altérations au travers d’une modification des coefficients optiques. Cette méthode
permettrait d’augmenter le nombre de points de mesure sur le myocarde, avec un risque
minimal pour ce dernier. Elle permettrait de plus d’accéder à un diagnostic immédiat. Vu
la taille limitée des cathéters que l'on peut introduire par voie intraluminale, la
détermination locale des coefficients optiques est nécessairement obtenue par l’analyse du
profil temporel de la lumière rétrodiffusée à des temps très courts. La détection doit avoir
une excellente résolution temporelle, et comme les récepteurs sont proches des émetteurs,
le signal est intense. La caméra à balayage de fente, couplée à la source laser Ti-Sa
femtosecondes, est donc ici le détecteur privilégié malgré les difficultés que le mise en
œuvre dans le cadre hospitalier qu’un système aussi complexe ne manque pas de poser. Sur
le plan théorique, la lumière n’a pas encore atteint le régime diffusif. L’approximation de
la diffusion n’étant pas applicable, nous avons donc élaboré des abaques issues de
simulations de Monte Carlo que le logiciel d’inversion pourra utiliser en temps réel. Le
point le plus délicat pour ce projet est la réalisation du faisceau de fibres optiques qui
apporte les impulsions du laser et collecte la lumière rétrodiffusée. Nous avons conçu une
première sonde utilisant des fibres monomodes pour garantir la résolution temporelle
maximale. Les simulations ont révélé que la réponse temporelle aux temps et aux distances
courts dépend assez faiblement des coefficients optiques. Par ailleurs, la réponse
impulsionnelle de la caméra à balayage de fente est très dissymétrique, ce qui a tendance à
dégrader la résolution temporelle effective de l’appareil. Notre première sonde était donc
trop limite quant à son rapport signal sur bruit pour démarrer l’étude clinique. Nous
construisons actuellement une autre sonde à base de fibres multimodes à gradient d’indice,
qui dégradent certes un peu la résolution temporelle, mais pas de manière dramatique, tout
en améliorant fortement le rapport signal sur bruit. Nous espérons pouvoir prochainement,
commencer une campagne d’expérimentation sur des coeurs excisés et sur des rats greffés
à l’aide de cette nouvelle sonde.
3 Mesure non invasive de l'oxygénation des tissus par réflectivité différentielle dans
l'Infra Rouge proche.
Le but de notre recherche est d'évaluer le taux d'oxygénation d'un tissu déterminé par
spectroscopie de réflectance non traumatique dans l'infrarouge proche. Cette mesure,
fondée sur des différences entre l'absorption de l'hémoglobine oxygénée et de
l'hémoglobine réduite trouve naturellement de nombreuses applications que nous
développons en relation avec des équipes médicales :
La première de nos applications concerne la cardiologie (Service de cardiologie, HIA du
Val de Grâce): les patients ayant un problème cardiaque sont souvent limités par une
fatigue physique due à un défaut de perfusion des muscles squelettiques. Aucune autre
méthode directe non invasive n'est actuellement disponible pour mesurer cette perfusion.
Inversement, plutôt que de diagnostiquer des déficiences de la perfusion musculaire, notre
mesure permet d’appréhender la physiologie musculaire (IMASSA, Centre d’Essais en Vol
à Brétigny sur Orge, Laboratoire de Physiologie de l’hôpital de la Pitié Salpêtrière, Service
d'Exploration Fonctionnelle du CHU de Saint Etienne, Laboratoire de la performance
motrice de l’université d’Orléans) et d’évaluer l’influence de l’entraînement sur l’évolution
de leur structure. Il est évident que dans ce domaine, l'aspect non invasif est indispensable.
Aucune autre mesure non invasive n’est également disponible dans le domaine de la
médecine aérospatiale, où le problème de la prévention de la perte de connaissance d’un
pilote due à la diminution de l'irrigation du cerveau sous accélération est l’un des
principaux défis rencontrés (IMASSA, Centre d’Essais en Vol à Brétigny sur Orge).
Dans toutes ces applications, le principe du montage expérimental est le suivant: des
faisceaux lumineux d’au moins deux longueurs d'onde différentes, sont appliqués sur la
peau du patient au niveau du tissu à étudier. Ces longueurs d'onde sont absorbées
différemment par les formes oxygénées ou non de l'hémoglobine et dans l’infrarouge
proche ces deux espèces sont pratiquement les seuls absorbants. La lumière rétrodiffusée
vers la surface de la peau est mesurée et l’inversion du transfert radiatif permet de
déterminer les coefficients d’absorption aux deux longueurs d’onde. Ces coefficients
d’absorption donnent alors les concentrations des deux formes d’hémoglobine.
Nous avons construit plusieurs générations d’oxymètres. Les prototypes qui sont
actuellement utilisés par les médecins (DADOM 4) correspondent à la quatrième
génération. Ces systèmes utilisent uniquement la résolution spatiale, avec trois photodiodes
directement en contact avec la peau récupérant la lumière rétrodiffusée respectivement
1,5cm 2,5cm et 3,5cm des sources laser qui émettent à 760 et à 840 nm. Ces prototypes ont
été conçus pour être presque complètement modifiables dans leurs caractéristiques
électroniques et logicielles avec un minimum de temps de développement. Tout le
[HbO2] (µM)
[Hb]
[Hb]total
Young woman
19 years; 1m72; 63kg
measured skin+ fat thickness: 2 + 10 mm
not corrected (1 layer)
[HbO2] (µM)
[Hb]
[Hb]total
110
Start at 60W
100
Stop
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
t(min)
Fig. 34 Résultats d’une épreuve d‘efforts sur bicyclette (cuisse). Les courbes en gras sont obtenues avec inversion
utilisant nos abaques pré-calculées par des simulations de Monte Carlo. Les courbes fines sont obtenues en
utilisant l’approximation de la diffusion et en ignorant la structure multicouches du tissu.Cette structure
ne peut pas être ignorée pour obtenir des résultats quantitatifs (rouge : concentrations en hémoglobine
oxygénée, bleu : hémoglobine non oxygénée, vert : hémoglobine totale).
fonctionnement de l’appareil est piloté par le logiciel, ce qui permet de répondre avec la
plus grande souplesse aux exigences expérimentales des différents thèmes en cours avec
cet même appareil. Les procédures d’inversion utilisées ont évolué en fonction de nos
avancées sur le plan théorique. Elles ont tout d’abord été basées sur l’approximation de la
diffusion. Puis, en construisant des abaques pré-calculées par de simulations de Monte
Carlo, nous avons pu nous affranchir de l'influence de la peau et de la graisse sous-jacente
lorsque l'épaisseur totale de ces dernières est inférieure à 9 mm. Nous avons accès ainsi
pour la première fois à des données quantitatives concernant les concentrations
d'hémoglobine oxygénées ou désoxygénée dans les tissus (en µMoles par dm3). Cette
inversion reste toutefois tributaire de l’estimation de l’épaisseur de la peau et de la graisse
qui surmonte le muscle. Cette estimation est basée sur la supposition que les coefficients
de diffusion des tissus sont identiques pour tous les patients, ce qui semble raisonnable au
regard des données expérimentales que nous avons collectées. Notre but est toutefois
d’utiliser des hypothèses plus souples. Nous sommes en train de réaliser deux nouvelles
générations d’oxymètres. Tout d’abord en utilisant une technique sur le principe
relativement similaire au système actuel, mais avec une grande densité de photodiodes
proches des sources, en utilisant une barrette de 16 photodiodes plus deux discrètes pour
obtenir le régime asymptotique comme le fait le DADOM 4. Ainsi l’importance des
couches supérieures pourra être mesurée directement. Ensuite en réalisant un oxymètre
basé sur le balayage de cohérence. L’inversion sera alors basée sur le comportement
asymptotique temporel de la lumière diffuse pour les épaisseurs de graisse modérées,
donnant ainsi directement les coefficients d’absorption, et utilisera une inversion plus
complète du transfert radiatif pour les patients plus gras.
Publications et communications OPTIMA
I.1.2.H.2 Publications et communications OPTIMA
ACL110 TUALLE J-M., NGHIEM HL., ETTORI D., SABLONG R., TINET É. and AVRILLIER S.,
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DUPOUY C., JOUANIN J-C., TINET É., AVRILLIER S., REVEL F., OLLIVIER J-P.,
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Etude de l’oxygénation musculaire par spectroscopie infrarouge de l’hémoglobine :
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Problème Inverse pour les Milieux Diffusants Stratifiés,
OPT-DIAG 2000,
ACT13 TUALLE J-M., TINET É., AVRILLIER S.,
Méthode Interférométrique pour la Mesure Résolue dans le Temps de la Lumière Diffuse,
OPT-DIAG 2000,
ACT14 COSTES F., TINET É., BARTHELEMY J-C., OLLIVIER J-P., REVEL F. et AVRILLIER S.,
Première démonstration de la possibilité d'une mesure quantitative de l'oxygénation musculaire
par spectroscopie du proche infrarouge au cours de l'exercice musculaire,
OPT-DIAG 2000,
Etude comparative de la saturation musculaire quantifiée en oxygène mesurée par spectroscopie
du proche infrarouge et de la saturation veineuse en oxygène lors de contractions isométriques de
la main,
OPT-DIAG 2000,
ACT16 JOUANIN J-C., KAHN J-F., BUSSIERE J-L., TINET É., AVRILLIER S., OLLIVIER J-P.,
GUEZENNEC C-Y.,
Etude de l'oxygénation musculaire pendant une épreuve d'effort intermittente chez des athlètes
endurants. Application de la spectroscopie proche infrarouge de l'hémoglobine,
OPT-DIAG 2000,
ACT17 TRAN C-C., FLORENCE G., TINET É., LAGARDE D., BOUY J-B., VAN BEERS P.,
AVRILLIER S., OLLIVIER J-P.,
Oxygénation cérébrale et perte de connaissance induite par des accélérations +GZ,
OPT-DIAG 2000,
d) Communications sans actes (COM)
1 Orale
COM101 JOUANIN J-C., KAHN J-F., ONFRAY B., TINET É., AVRILLIER S., OLLIVIER J-P.,
GUEZENEC C-Y.,
Epreuve d'effort chez l'hatlète et spectroscopie proche infrarouge de l'hémoglobine (NIRS),
XX ième Congrès de la Société Française du Sport,
Paris, France, (décembre 2000).
2 Posters
COM102 TUALLE J.-M., NGHIEM H.L., ETTORI D., TINET E. and AVRILLIER S.,
Asymptotic behavior and Inverse problem in layered scattering media,
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Heraklion, Crête, (18-20 octobre, 2002).
COM103 BERCIER S., BUTELLI O., JOUANIN J-C., AVRILLIER S., TINET É., KAHN J-F.,
Comparaison de l’oxygénation musculaire d’une population entraînée vs non entraînée au cours
d’un exercice isométrique maintenu intermittent,
OPT-DIAG 2002,
COM104 SCHÄFAUER C., ÉTTORI D., TUALLE J-M., TINET É., AVRILLIER S.,
Réalisation d’un système d’imagerie destiné à la détection précoce de tumeur vésicale par
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Russian-French Laser Symposium,
Vladimir-Suzdal, (30 septembre-7 octobre, 2001).
INV83
AVRILLIER S.,
ODONTOIATRIA ESTETICA ADESIVA E ADDESTRAMENTO ALL’USO DEL LASER,
Firenze, Italie, (10-12 mai, 2001).
INV84
AVRILLIER S.,
Laser diagnosis of dental caries current status,
INV85
TUALLE J-M.,
Conditions aux limites dans le cadre de l’approximation de la diffusion,
Colloque PROPAGATION DANS LES MILIEUX HETEROGENES: DIFFUSION ET
CONDITIONS AUX LIMITES,
ESPCI (Paris), France, (10-11 mai 2001).
INV86
AVRILLIER S., TINET É., TUALLE J-M., PRAT J., ETTORI D.,
Propagation d'impulsions ultracourtes dans les milieux diffusants, Application au diagnostic
médical,
FEMTO 2000,
Saint-Etienne, France, (octobre 2000).
INV87
TUALLE J-M.,
Mesures résolues dans le temps de la lumière diffuse pour le diagnostic médical,
PAMO 2000,
INV88
TINET É., TUALLE J-M., ETTORI D. and AVRILLIER S.,
Real-time radiative-transfer Monte Carlo results for biomedical applications,
Monte Carlo 2000,
Monte Carlo, Monaco, (juillet 2000).
INV89
Time and Space Resolved Reflectance Measurements for Tissues Diagnostic: Available Technics
and Expected Results,
International Workshop on Optics and Spectroscopy,
Hanoi, Vietnam, (30 march -1 april 2000).
INV90
AVRILLIER S., REVEL F., J.P. OLLIVIER J-P., COSTES F., TUALLE J-M. and TINET É.,
Spatially resolved diffuse reflectance spectrometer for non invasive quantitative muscle oxymetry,
Hanoi, Vietnam, (march 2000).
f) Ouvrages scientifiques (ou chapitres) (OS)
OS21
Mesure des coefficients optiques dans des milieux diffusants stratifiés,
Journée 2002 Optique et Image de l'Ecole Doctorale de Saint-Etienne sur les Signaux et milieux
complexes, T. Fournel et G. Brun (Ed.),
Presses de l'Université de Saint Etienne, ISBN 2-86272-281-2, 89-99, (2002).
OS22
TUALLE J-M., PRAT J., TINET É. and AVRILLIER S.,
Inverse problem for stratified scattering media,
in "Waves and Imaging through Complex Media",
Kluwer Academic Publishers, London, 2001.
g) Valorisations – contrats – brevets (B)
B3
TUALLE J-M.,
Dispositif interférométrique pour la détection résolue en temps de la lumière diffuse,
Demande de brevet n°0006392 déposée le 18 mai 2000 par l'Université Paris 13,
Demande internationale n° PCT/FR01/01520 déposée le 17 mai 2001.
Bilan quantitatif sur les quatre dernières années
Articles dans des revues avec comité de lecture (ACL)
I.2 BILAN QUANTITATIF SUR LES QUATRE DERNIERES ANNEES
I.2.1
ACL1
Pulsed magnetic lenses for producing intense and bright cold atom beams,
Optics Communications 209, 349-362, (2002).
ACL2
KELLER J-C.,
Atomic and Molecular Beams - State of the Art 2000, chapitre I.4, 95-103,
ACL3
MARÉCHAL E., LONG R., MIOSSEC T., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R., KELLER J-C. and
GORCEIX O.,
Atomic spatial coherence monitoring and engineering with magnetic fields,
Physical Review A, 62, 053603-1 053603-4, (2000).
ACL4
MARÉCHAL É., GUIBAL S., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R., KELLER J-C. et GORCEIX O.,
Optique atomique magnétique pulsée,
ACL5
GORCEIX O., MARÉCHAL É., LONG R., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R.et KELLER J-C.
Interférométrie atomique de polarisation avec des atomes froids,
ACL6
DENEVA M., NENCHEV M., BARBÉ R. and KELLER J-C.,
Unidirectional ring Ti3+:Al2O3 laser generation at the wavelength of an atomic absorption line by
bi-directional passive self-injection locking,
Applied Physics Letters, 76, 131-133, (2000).
ACL7
MAINOS C., BAUDON J., KARAM J-C., PERALES F., ROBERT J., PIRANI F. and
AQUILLANTI V.,
Motional states of magnetic molecules and their coherent superposition.,
J. Chem. Physics ( to appear in 1st December 2003 issue ).
ACL8
BOUSTIMI M., BAUDON J. and ROBERT J.
Optical properties of metallic nanowires,
Optics Comm., 220, 377, (2003).
ACL9
VIARIS DE LESEGNO B., KARAM J-C., BOUSTIMI M., PÉRALES F., MAINOS C.,
REINHARDT J., BAUDON J., GRANCHAROVA D., PEIRERA dos SANTOS F., DURT T.,
HABERLAND H. and ROBERT J.,
Stern Gerlach interferometry with metastable argon atoms: an immaterial mask modulating the
profile of a supersonic beam,
The European Physical Journal D, 23, 25-34 (2003).
ACL10 BOUSTIMI M., BAUDON J. and ROBERT J.
Molecules interacting with a metallic nano-wire,
Phys.Rev.B, 67, 045407, (2003).
ACL11 KARAM J-C., BOUSTIMI M., BAUDON J., DUCLOY M., PÉRALES F., REINHARDT J.,
BOCKVARSKI V., MAINOS C., LEVRON F. and ROBERT J.,
Endothermal fine structure transition of metastable argon atoms passing through a micro-slit
copper grating,
Europhysics Letters, 60, 207-213, (2002).
ACL12 GUILLOT J-C. and ROBERT J.
The multipolar Hamiltonian in QED for moving atoms and ions,
J. Phys. A : Math. Gene., 35, 5023, (2002).
ACL13 DURT T., BAUDON J., MATHEVET R., ROBERT J., VIARIS DE LESEGNO B.,
Memory effects in atomic interferometry : a negative result,
Probing the structure of Q.M., non linearity, non locality, computation and axiomatics,
Ed, D.Aerts, M. Czachorand T. Durt, World Scientific Singapour (2002).
ACL14 MAINOS C., BAUDON J. and ROBERT J.,
Orientational Polarisability and Diffracted-Molecular-Electron Induced Dipole,
J.Phys.B: At.Mol.Opt.Phys., 35, 1679, (2002).
ACL15 BOUSTIMI M., BAUDON J., CANDORI P.and ROBERT J.,
Van der Waals Interaction between an atom and a metallic nanowire,
Phys. Rev. B, 65, 155402-1_6, (2002).
ACL16 VIARIS DE LESEGNO B., BOUSTIMI M., KARAM J-C., PÉRALES F., REINHARDT J.,
BAUDON J. et ROBERT J.,
De l’interférence Stern Gerlach à l’effet Stern Gerlach,
Ann. Fond. L. de B., 26, 571, (2001).
ACL17 BOUSTIMI M., BAUDON J., ROBERT J.,
Reconciliation of additional-boundary condition and eigenmode treatments of the non-local
response of a small sphere,
Optics Com., 198, 389-393, (2001).
ACL18 BOUSTIMI M., BAUDON J.,REINHARDT J., PÉRALES F., BOCKVARSKI V., ROBERT J.,
Interferential Monochromator for Neutral Atoms,
Phys; Chem. News, 4, 01-06, (2001).
ACL19 BOUSTIMI M., VIARIS DE LESEGNO B., PÉRALES F., REINHARDT J., BAUDON J.,
CP551, Atomic Physics17, ed. Arimondo P. de Natale and M. Inguscio, ©2001 American Institute
of Physics 1-56396-982-3/01 ,478-487, (2001).
ACL20 BOUSTIMI M., BAUDON J., DUCLOY M., REINHARDT J., PERALES F., MAINOS C.,
BOCVARSKI V. and ROBERT J.,
Metastable rare gas atoms scattered by nano- and micro-slit transmission gratings,
The European Physical Journal D17, 141-144 (2001).
ACL21 BOUSTIMI M., BAUDON J., PIRANI F., DUCLOY M., REINHARDT J., PERALES F.,
MAINOS C., BOCVARSKI V. and ROBERT J.,
Surface-induced vibrational transition of metastable nitrogen molecules passing through a nanoslit grating,
Europhysics Letters 56, 644-650 (2001).
ACL22 BOUSTIMI M., VIARIS de LESEGNO B., BAUDON J., ROBERT J. and DUCLOY M.
Atom symmetry break and metastable level coupling in rare gas atom surface van der Waals
interaction
Phys. Rev. Lett., 86, 2766-2769, (2001).
ACL23 MAINOS C.,
Laser Induced Coherence in Ultrafast Multiphoton Exitation of Individual Molecule,
Phys. Rev. A, 61, 063410, (2000).
ACL24 MATHEVET R., BRODSKY K., PERALES F., RUBIN K., ROBERT J , and BAUDON J.,
Atom interferometry with comoving fields,
Atomic and molecular beams, Topical volume - R. Campargue Ed - Springer Verlag, (2000).
ACL25 MATHEVET R., BRODSKY K., PÉRALES F., BOUSTIMI M., VIARIS DE LESEGNO B.,
REINHARDT J., ROBERT
J., BAUDON J.,
Some New effects in Atom stern Gerlach Interferometry,
Atomic and Molecular Beams, The state of art 2000, R. Campargue Editor, Springer, (2000).
ACL26 BOUSTIMI M., BAUDON J., ROBERT J., SEMLALI and LABANI B.,
Single atom inside or outside a dielectric or metallic bubble,
Phys. Rev. B, 62,7593(9), (2000).
ACL27 MATHEVET R., ROBERT J., and BAUDON J.,
Genericity propertiy of comoving potentials,
Phys. Rev. A, 61, 033604-1 033604-5, (2000).
ACL28 BOUSTIMI M., BOCVARSKI V. ,VIARIS DE LESEGNO B. BRODSKY K., PERALES F.,
BAUDON J., and ROBERT J.,
Atomic interference patterns in the transverse plane,
Phys. Rev. A, 61, 033602-1 033602-6, (2000).
ACL29 PAPOYAN A., SARKISYAN D., BLUSH, K., AUZINSH M. ,BLOCH D., DUCLOY M.,
Magnetic-field induced mixing of hyperfine states of Cs 62P3/2 level observed with a sub-micron
cell,
à paraître dans Laser Physics.
ACL30 DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S. , PAPOYAN A. , SARKISYAN D. , BLOCH D.,
DUCLOY M.,
Collapse and revival of a Dicke-type coherent narrowing in a sub-micron thick vapor cell
transmission spectroscopy,
Europhysics Letters, 63, 35-41 (2003).
ACL31 FAILACHE H., SALTIEL S., FICHET M., BLOCH D., DUCLOY M.,
Resonant coupling in the van der Waals interaction between an excited alkali atom and a dielectric
surface: an experimental study via stepwise selective reflection spectroscopy,
ACL32 DUTIER G., SALTIEL S., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Revisiting Optical Spectroscopy in a thin vapor cell: mixing of Reflection and Transmission as a
Fabry-Pérot microcavity effect,
Journal of the Optical Society of America B 20, 793-800, (2003).
A model of an apertureless scanning microscope with a prolate nanospheroid as a tip and an
excited molecule as an object,
Chemical Physics Letters, 358, 192-198, (2002).
Spontaneous emission of an atom placed near a prolate nanospheroid,
The European Physical Journal D, 20, 133-148, (2002).
ACL35 FAILACHE H., SALTIEL S., FISCHER A., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Resonant Quenching of Gas-Phase Cs atom Induced By Surface-Polariton,
Physical Review Letters, 88, 243603-1-4, (2002).
ACL36 SARKISYAN D., BLOCH D., PAPOYAN A. and DUCLOY M.,
Sub-Doppler Spectroscopy by Sub-Micron Thin Cs-Vapor Layer,
Opt. Comm., 200, 201-207, (2001).
ACL37 YOUSEFI M., LENSTRA D., VEMURI G. and FISCHER A.,
Control of nonlinear dynamics of a semiconductor laser with filtered optical feedback,
IEE Proc.-Optoelectron., 148, 233-237, (2001).
ACL38 KLIMOV V. V., DUCLOY M. and LETOKHOV V. S. ,
Spontaneous emission of an atom in the presence of nanobodies,
Kvantovaya Elektronika [Quantum Electronics] 31, 569-586 (2001).
ACL39 GORZA M-P. , SALTIEL S. , FAILACHE H. and DUCLOY M.,
Quantum theory of van der Waals interactions between excited atoms and birefringent dielectrics,
ACL40 CHEVROLLIER M., ORIA M., DE SOUSA J.G., BLOCH D., FICHET M., and DUCLOY M.,
Selective reflection spectroscopy of a resonant vapor at the interface with a metallic layer,
Physical Rev. E, 63, 046610-046616, (2001).
ACL41 BERMAN P.R., DUCLOY M. and BLOCH D.,
Free- precession decay in Selective reflection,
Phys. Rev. A, 63, 043410-043416, (2001).
ACL42 FISCHER A.P.A., ANDERSEN O.K., YOUSEFI M., STOLTE S., LENSTRA D.,
Experimental and theoretical study of filtered optical feedback in a semiconductor laser,
IEEE J. Of Quant. Electron., 36, 3, 375-384, (mars 2000).
ACL43 KLIMOV V.V., DUCLOY M.,
Allowed and forbidden transitions in an atom placed near an ideally conducting cylinder,
Phys. Rev. A, 62, 043818-1 043818-14, (septembre 2000).
ACL44 GORLICKI M., FERON S., LORENT V. and DUCLOY M.,
Interferometric approaches to atom-surface van der Waals interactions in atomic mirrors ,
Phys. Rev. A, 61, 013603-1 013603-9, (2000).
ACL45 FAILACHE H., VALENTE P., BAN G., LORENT V. and LEZAMA A.,
Inhibition of electromagnetically induced absorption due to excited-state decoherence in Rb vapor,
Physical Review A, 67, 043810, (2003).
PRA: http://link.aps.org/abstract/PRA/v67/e043810
ACL46 COLOMBE Y., KADIO D., OLSHANII O., MERCIER B., LORENT V. and PERRIN H.,
Schemes for loading a Bose–Einstein condensate into a two-dimensional dipole trap
Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics 5, S155-S163, (2003).
Journal of Optics B: http://stacks.iop.org/1464-4266/5/S155
Preprint: http://fr.arxiv.org/abs/cond-mat/0304650
ACL47 DUNJKO V., LORENT V., OLSHANII M.,
Bosons in cigar-shape traps: Thomas-Fermi regime, Tonks-Girardeau regime, and in between,
arXiv: cond-mat,
Phys. Rev. Lett., 86, 5413-5416, (2001).
Preprint: http://fr.arXiv.org/abs/cond-mat/0103085
PRL: http://link.aps.org/abstract/PRL/v86/p5413
ACL48 DEKKER N.H., LEE C.S., LORENT V., THYWISSEN J.H., SMITH S.P., DRNDIC M.,
WESTERVELT R.M., PRENTISS M.,
Guiding neutral atoms on a chip,
Phys. Rev. Lett., 84, 1124-1127, (2000).
Correction of the distortion in frequency-modulation spectroscopy,
Soumis à Meas. Sci. Technol.
Signal detection in FM spectroscopy with a residual amplitude modulation,
Soumis à IEEE Trans. Instrum. Meas.
ACL51 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., LOPEZ O., DU BURCK F., CHARDONNET C.,
Absolute frequency measurement of iodine-stabilized Ar+ laser at 514.6 nm using a femtosecondlaser-based optical clockwork,
Metrologia, soumis.
ACL52 SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A., GONCHAROV A.,
CHARDONNET C.,
Two-photon Ramsey fringes at 30 THz referenced to an H Maser / Cs fountain via an optical
frequency comb at the 1 Hz level,
IEEE Quant. Electron., soumis.
ACL53 BORDE Ch.J.,
Quantum theory of atom-wave beam splitters and application to multidimensional atomic gravitoinertial sensors,
General Relativity and Gravitation, à paraître.
ACL54 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., DAUSSY C., GRAIN C., LOPEZ O., G. SANTARELLI, C.
CHARDONNET,
Absolute frequency measurement in the 28 THz spectral region with a femtosecond laser comb and
a long-distance optical link to a primary standard,
Appl. Phys. B, à paraître.
ACL55 CRASSOUS J., MONIER F., DUTASTA J.-P., ZISKIND M., DAUSSY C., GRAIN C.,
CHARDONNET C.,
Search for resolution of chiral fluorohalogenomethanes and parity-violation effects at the
molecular level,
ChemPhysChem, 6, 541-548, (2003).
Exact phase shifts for atom interferometry,
Phys. Lett. A, 306, 277-284,(2003).
Quantum theory of atomic clocks and gravitoinertial sensors: an update,
J. Opt. B Quantum Semiclass. Opt., 5, S99-S200, (2003).
ACL58 DU BURCK F., LOPEZ O., ELBASRI A.,
Narrow-band correction of the residual amplitude modulation in FM spectroscopy,
IEEE Trans. Instrum. Meas., 52, 288-291, (2003).
Stabilization of a laser beam intensity at 2.5 MHz,
Elect. Lett., 38, 1447-1449, (2002).
ACL60 ZISKIND M., DAUSSY C., MARREL T., AND CHARDONNET C.,
Improved Sensitivity in the Search for a Parity-Violating Energy Difference in the Vibrational
Spectrum of the Enantiomers of CHFClBr,
Euro. Phys. J. D, 20, 219-225, (2002).
ACL61 SCHWERDTFEGER P., LAERDAHL J.K. and CHARDONNET C.,
Search for parity violation in the C-F stretching mode of chiral methyl fluorides,
Phys. Rev. A, 65, 0425081-7, (2002).
ACL62 GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J. and CHARDONNET C;
High-sensitivity detection of two-photon Ramsey fringes at 30 THz by frequency-comb assisted
stimulated emission,
IEEE J. of Quant. Elec., 38, 1406-1411, (2002).
ACL63 BORDÉ Ch.J.,
Atomic clocks and inertial sensors,
Metrologia, 39, 4, (2002).
ACL64 HEUPEL T., MEI M., NIERING M., GROSS B., WEITZ M., HÄNSCH T.W. and BORDÉ Ch.J.,
Hydrogen atom interferometer with short light pulses,
Europhysics Lett., 57, 158-163, (2002).
ACL65 DU BURCK F., WALLERAND J-P., MERCIER B., GONCHAROV A.N., HIMBERT M. and
BORDÉ Ch.J.,
Resolving power and sensitivity in modulation transfer stimulated resonant Raman spectroscopy,
IEEE J. Quantum Elect., 37, 837-843, (2001).
ACL66 DU BURCK F., WALLERAND J-P., GONCHAROV A.N. and HIMBERT M.,
High-frequency modulation transfer technique for ultra-high resolution spectroscopy of I2,
IEEE Trans. Instrum. Measur, 50, 493-496, (2001).
ACL67 HUONG F-L., YE J., MA L-S., PICARD S., BORDÉ Ch.J. and HALL J. L.,
Rotation dependence of electric quadrupole hyperfine interaction in the ground state of molecular
iodine by high resolution laser spectroscopy,
J. Opt. Soc. Am. B, 18, 379-387, (2001).
ACL68 BORDÉ Ch.J. et TOUBOUL P.,
Missions spatiales en physique Fondamentale: Avant-propos,
ACL69 BORDÉ Ch.J.,
Theoretical tools for atom optics and interferometry,
ACL70 CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., BORDÉ Ch.J., GRAIN C.,
CONSTANTIN L., NGUYEN C. T., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J. and AMY-KLEIN
A.,
Proceedings of the SPIE conference: Laser Frequency Stabilization, Standards, Measurement, and
Applications, édité par Jun Ye and John L. Hall, 4269, 8-17, (2001).
ACL71 MARREL T., ZISKIND M., DAUSSY C. and CHARDONNET C.,
High precision rovibrational and hyperfine analysis of the n4=1 level of
bromochlorofluoromethane,
Journal of Molecular Structure 599, 195-209, (2001).
ACL72 SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
500-Hz two-photon Ramsey fringes with a SF6 beam: towards a new frequency standard in the 30THz spectral region
App. Phys. B 73, 93-98 (2001).
ACL73 AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L. F., BUTCHER R. J., CHARTON G. and CHARDONNET
C.,
High-resolution spectroscopy with a molecular beam at 10.6 µm,
Physical Review A, 63, 013404-1-8, (2000).
ACL74 DAUSSY C., DUCOS F., ROVERA G.D., ACEF O.,
Performance of OsO4 stabilized CO2 lasers as optical frequency standards near 29 THz,
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 47, 518-521, (2000).
ACL75 ACEF O., BORDÉ Ch.J., CLAIRON A., PIERRE G. and SARTAKOV B.,
New accurate fit of an extended set of saturation data for the ν3 band of SF6. Comparison of
Hamiltonians in the spherical and in the cubic tensor formalisms,
Journal of Molecular Spectroscopy, 199, 188-204, (2000).
Isotopic effect on the Cage-Induced Quenching of OH(A)/OD(A) inside small argon clusters,
J. Chem. Phys. à paraître (2003).
ACL77 CASTEX M-C., LEFEUVRE E., ACHARD J., TARDIEU A., BEUILLE C., SCHNEIDER H.,
Diam. Relat. Mater, sous presse (2003).
ACL78 LEFEUVRE E., ACHARD J., CASTEX M-C., SCHNEIDER H., BEUILLE C., TARDIEU A.,
Diam. Relat. Mater, 12, 642-646, (2003).
Photodissociation of rare gas neon and argon clusters doped with H2O molecule,
Eur. Phys. J. D, 20, 261-268, (2002).
Cage effect for the Photodissociation of H2O molecules in argon clusters embedded inside neon
clusters,
J. Chem. Phys., 117, 9423-9429, (2002).
ACL81 HOCHEDEZ J.F., ALVAREZ J., AURET F.D., BERGONZO P., CASTEX M-C., et al.,
Recent progresses of the BOLD investigation towards UV detectors for the ESA Solar Orbiter,
Diam. Relat. Mater, 11, 427-432, (2002).
ACL82 CLOUTET E., OLIVERO C., ADES D., CASTEX M-C., SIOVE A.,
Polymers, 43, 3489-3495, (2002).
ACL83 CASTEX M-C., BITYURIN N.,
Is the VUV laser ablation of polymers a pure photochemical process ?
Appl. Surf. Sci., 197-198, 805-807, (2002).
ACL84 ACHARD J., TARDIEU A., KANAEV A., GICQUEL A., CASTEX M-C., YOKOTA Y.,
HAYASHI K., TACHIBANA, T., KOBASHI K.,
Photoconductivity of highly oriented and randomly oriented diamond films for detection of fast UV
laser pulses,
ACL85 CASTEX M-C., OLIVERO C., FISCHER A., MOUSEL S., MICHELON J., ADÈS D., SIOVE A.,
Appl. Surf. Sci., 197-198, 822-825, (2002).
ACL86 CLOUTET E., OLIVERO C., ADÈS D., CASTEX M-C., SIOVE A.,
Polymers, 43, 3489-3495, (2002).
ACL87 KANAEV A., MUSEUR L., LAARMANN T., MONTICONE S., CASTEX M-C., von HAEFTEN
K., MOLLER T.,
Dissociation and suppressed ionization of H2O molecules embedded in He clusters : the role of the
cluster as a cage,
J. Chem Phys, 115, 10248-10253, (2001).
ACL88 OLIVERO C., CASTEX M-C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
Microcavités à polymères du carbazole : vers des lasers plastiques bleus",
J. Phys. IV, 11, 61-62, (2001).
ACL89 HAYASHI K., YOKOTA Y., TACHIBANA T., KOBASHI K., ACHARD J., GICQUEL A.,
Temporal response of UV sensors made of highly oriented diamond films by 193 and 313 nm laser
pulses,
ACL90 HOCHEDEZ J-F., BERGONZO P., CASTEX M-C., et al.,
ACL91 CASTEX M-C., OLIVERO C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
Synthetic Metals, 122, 59-61, (2001).
ACL92 CASTEX M-C., BITYURIN N., OLIVERO C., MURAVIOV S., BRONNIKOVA N., RIEDEL D.,
Appl. Surf. Science, 168, 175-177, (2000).
ACL93 ADÈS D., BOUCARD V., CLOUTET E., SIOVE A., OLIVERO C., CASTEX M-C., PICHLER
G.,
Photoluminescence of donor-acceptor carbazole-based molecules in amorphous and powder forms,
J. Appl. Phys., 87, 7290-7293, (2000).
ACL94 MUSEUR L., OLIVERO C., RIEDEL D. and CASTEX M-C.,
Polarization properties of coherent VUV light at 125 nm generated by sum frequency four-wave
mixing in mercury,
Appl. Phys B, 70, 1-5, (2000).
ACL95 HAMMER N.I., DIRI K., JORDAN K.D., DESFRANCOIS C., COMPTON R.N.,
Dipole-bound anions of carbonyl, nitrile and sulfoxyde containing molecules,
J. Chem. Phys., 119, 3650-3660, (2003).
Urea and methylurea dipole-bound anions,
Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 3120-3125, (2003).
ACL97 WEINKAUF R., SCHERMANN J-P., DE VRIES M.S., KLEINERMANNS K.,
Molecular physics of building blocks of life under isolated or defined conditions,
Eur. Phys. J. D 20, 309-316, (2002).
ACL98 DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Structural dependence of electron transfer to non-covalent polar complexes,
Chem. Soc. Rev. 31, 269-274, (2002).
ACL99 GREGOIRE G., KANG H., DEDONDER-LARDEUX C., MARTRENCHARD S. and JOUVET
C.,
Catching the collision complex through a femtosecond coherently controlled pump/probe process,
J. Phys. Chem. A 117, 10088-10096, (2002).
Structures of amide-water neutral complexes from dipole-bound anion formation,
Eur. Phys. J. D 20, 449-457, (2002).
ACL101 ABDOUL-CARIME H., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Multipole-Bound Molecular Negative Ions,
Few Body Systems, 31, 183-190, (2002).
ACL102 CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C., XU S., NILLES J.M.,
BOWEN K.H., BERGES J., HOUEE-LEVIN C.,
Non-dissociative electron capture by disulfide bonds,
J. Phys. Chem. A 105, 5622-5626, (2001).
ACL103 CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P., JALBOUT A.F., ADAMOWICZ L.,
Dipole-bound anion of 1,3-butanediol. Ab initio and Rydberg electron transfer spectroscopy study,
Chem. Phys. Lett. 334, 374-380, (2001).
ACL104 CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P., BERGES J., HOUEE-LEVIN C.,
Rydberg electron transfer spectroscopy and ab initio studies of dimethylsulfoxide-water neutral
and anion dimers,
Int. J. Mass Spec. 205, 227-232, (2001).
ACL105 CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Gas-phase experimental and theoretical studies of adenine, imidazole, pyrrole and water noncovalent complexes,
J. Phys. Chem A 104, 10662-10668, (2000).
ACL106 LECOMTE F., CARLES S., DESFRANCOIS C., JOHNSON M.A.,
Dipole-bound and valence state coupling in argon-solvated nitromethane anions,
J. Chem. Phys. 113, 10973-10977, (2000).
ACL107 DESFRANCOIS C., CARLES S., SCHERMANN J-P.,
Clusters of molecules of biological interest,
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ACL108 CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P., SMITH D.M.A., ADAMOWICZ L.,
Structure and electron affinities of indole(water)N clusters,
J. Chem. Phys. 112, 3726-3734, (2000).
ACL109 PÉRIQUET V., MOREAU A., CARLES S., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Cluster size effects upon anion solvation of N-heterocyclic molecules and nucleic acid bases,
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ACL110 TUALLE J-M., NGHIEM HL., ETTORI D., SABLONG R., TINET É. and AVRILLIER S.,
Asymptotic behavior and inverse problem in layered scattering media,
A paraître dans J.O.S.A. A.
ACL111 TUALLE J-M. and TINET É.
Derivation of the radiative transfer equation for scattering media with a spatially varying
refractive index,
A paraître dans Optics Communications.
ACL112 TRAN C.C., FLORENCE G., TINET É., DLAGARDE, BOUY J-C., VAN BEERS P., SERRA A.,
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Cerebral hydrodynamics and brain oxygen changes related to gravity-induced loss of
consciousness in rhesus monkeys,
Neuroscience Letters, 308, 67-71, (2003).
ACL113 COSTES F., TINET É., BARTHELEMY J-C., OLLIVIER J-P., REVEL F. and AVRILLIER S.,
Quantitative measurement of muscle oxygen saturation by near infrared spectroscopy during
dynamic exercise,
Plügers Archiv European Journal of Physiology, 442, 5, (2001).
ACL114 TINET É., TUALLE J-M., ETTORI D. and AVRILLIER S.,
Real time Transformation of Pre-computed Monte Carlo results for fitting optical measurements in
biomedical applications,
Monte Carlo Methods and Appl., 7/3-4, 397-409, (2001).
ACL115 TUALLE J-M., TINET É. and AVRILLIER S.,
A new and easy way to perform time-resolved measurements of the light scattered by a turbid
medium,
Opt. Comm., 189/4-6, 211-220, (2001).
Light propagation near turbid-turbid planar interfaces,
Opt. Comm., 183, 337-346, (2000).
Real-space Green’s function calculation for the solution of the diffusion equation in stratified
turbid media,
J.O.S.A. A, 17/11, 2046-2055, (2000).
Articles dans des revues sans comité de lecture (SCL)
I.2.2
SCL1
Proc. of BPU-5,
SCL2
beamsplitters,
France, (2003).
SCL3
MATHEVET R., BRODSKY K., BOUSTIMI M., VIARIS DE LESEGNO B., GORLICKI M.,
PERALES F., REINHARDT J., BAUDON J. and ROBERT J.,
Atomic gradiometer with comoving fields,
France, (2000).
SCL4
BAUDON J. and ROBERT J.,
Nanolithographie par interferometrie atomique,
CNRS INFO 382, 11, (2000).
SCL5
DUTIER G., SALTIEL S., BLOCH D., DUCLOY M., PAPOYAN A., SARKISYAN, D.,
Journal de Physique IV, 12, Pr-5, 155-157, (2002).
SCL6
YOUSEFI M., LENSTRA D., VEMURI G. and FISCHER A.,
Global bistability in a semiconductor laser with filtered optical feedback,
Proc. Symp. IEEE/LEOS Benelux Chapter, 41-44, (2001).
SCL7
FAILACHE H., GORZA M.-P., SALTIEL S., FICHET M., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Recent progress in Dielectric cavity QED and long-range atom surface interaction,
Laser Phys. 11, 1187-1189, (2001), (Proceedings of Novossibirsk-MPLP 2000).
SCL8
FAILACHE H., GORZA M-P., SALTIEL S., FICHET M., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Proceedings of MPLP'2000, Denisov ed.,
Novosibirsk, Russie, (2000).
SCL9
FAILACHE H., SALTIEL S., FICHET M., GORZA M-P., BLOCH D. and DUCLOY M.,
Dielectric cavity QED: Resonant coupling in the van der Waals interaction between atom and
dielectric surface,
J. Korean Phys. Soc., 37, 685-687, (2000).
SCL10
FAILACHE H., SALTIEL S., FICHET M., GORZA M-P., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Une image électrique resonnante qui rend répulsive l'interaction van der Waals de surface,
J. Phys. IV Pr., 10, 141-142, (2000).
SCL11
BRIAUDEAU S., SALTIEL S., LEITE J.R.R., ORIA M., BRAMATI A., WEIS A.,BLOCH D. and
DUCLOY M.,
Recent developments in sub-Doppler spectroscopy in a thin cell,
J. Phys. IV Pr., 10, 145-146, (2000).
SCL12
NARBONNEAU F., LOURS M., DAUSSY C., LOPEZ O., CLAIRON A., SANTARELLI G.,
Ultra-Stable Optical Links for Metrological Applications,
Proceedings of european frequency and time forum and 2003 FCS EFTF JM, à paraître.
SCL13
BORDÉ P., PERRIN G., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., MAZÉ G.,
Proceedings of the conference "Toward Other Earths, Darwin/TPF and the search for extrasolar
terrestrial planets", ESA SP-539, à paraître.
SCL14
DAUSSY C., LOPEZ O., CHARDONNET C., NARBONNEAU F., LOURS M., SANTARELLI
G.,
Transmission of an optical frequency standard utilizing an 85 km fiber optic link,
Europhysics Conference Abstracts, 27E, EF-04-MON, (2003).
SCL15
BORDE P., PERRIN G., NGUYEN T., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., RAYNAL P.-I., LEGER
A., MAZE G.,
Proc. SPIE, 4838, Interferometry for Optical Astronomy II (2002).
SCL16
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., GRAIN C., ZISKIND M., MARREL T.,
SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., DAUSSY C. and CHARDONNET C.,
à paraître dans Proceedings de 26th International Conference on Infrared and Millimeter Waves
IRMMW (2001).
SCL17
SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
SCL18
Ch.J.,
Proceedings of the 2001 IEEE International Frequency Control Symposium, Seattle, IEEE, 37-45,
(2001).
SCL19
BAGNASCO G., BINGHAM R., BORDÉ Ch.J. et al.,
High Precision Atom Interferometry in Space : the HYPER Project,
Proceedings of the 52nd International Astronautical Congress, (2001),Toulouse, France, published
by the International Astronautical Federation or the International Academy of Astronautics.
SCL20
BINGHAM R., BORDÉ Ch.J. et al.,
HYPER, Hyper-Precision Cold Atom Interferometry in Space,
Assessment Study Report, ESA-SCI, 10, (2000).
SCL21
ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., BORDÉ C. J. and CHARDONNET C.
Conference Digest, Proceedings of IQEC, IEEE, (2000).
SCL22
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., and
CHARDONNET C.
SCL23
OLIVERO C., MUSEUR L., RIEDEL D., CASTEX M-C.,
Une source cohérente pulsée à 10 eV à état de polarisation ajustable,
J. de Phys IV, 10, 167-168, (2000).
SCL24
NGHIEM THI H.L., TINET É., BERTHAUD P., AVRILLIER S., VU THI M. H.,
Proceedings of the National Conference on Optics and Spectroscopy 2002,
Editor(s): N.D.Hung, 100-112, (2002).
SCL25
multilayered tissues: application to noninvasive muscle oximetry (Part 2),
SPIE Proceedings, 4432 , 75-84, (2001).
SCL26
AVRILLIER S., TINET É, TUALLE J-M.,
multi-layered tissues: application to non invasive muscle oxymetry (Part 1),
Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue IV,
SPIE Proceedings, 4250, 306-312, (2001).
SCL27
SPIE Proceedings 4160, 8-13, (2000).
SCL28
JOUANIN J-C., LOUISY F., ONFRAY B., BUSSIERE J-L., KAHN J-F., TINET É., AVRILLIER
S., OLLIVIER J-P. and GUEZENNEC C.Y.,
Application de la spectroscopie infrarouge de l’hémoglobine à l’étude de la désoxygénation
musculaire. Intérêt en médecine d’armées,
Médecine et armées, 28, 6-7, 535-542, (2000).
Communications avec actes (ACT)
I.2.3
I.2.3.A Orales
ACT18 NGHIEM THI H.L., TINET E., BERTHAUD P., AVRILLIER S., VU THI M. H.,
Conférence Nationale sur l’Optique et la Spectroscopie 2002,
NhaTrang, Vietnam, (9-13 juillet, 2002).
ACT19 DUPOUY C., JOUANIN J-C., TINET É., AVRILLIER S., REVEL F., OLLIVIER J-P.,
GUEZENNEC C-Y.,
Etude de l’oxygénation musculaire par spectroscopie infrarouge de l’hémoglobine :
application à l’étude de la zone transitionnelle aérobie-anaérobie,
OPT-DIAG 2002,
ACT20 TUALLE J-M., NGHIEM H.L., PRAT J., ÉTTORI D., TINET É. and AVRILLIER S.,
Comportement asymptotique et Problème inverse pour les milieux diffusantes stratifiés,
OPT-DIAG 2002,
ACT21 AVRILLIER S., TINET É., TUALLE J-M., COSTES F., REVEL F., OLLIVIER J-P.,
multilayered tissues: application to noninvasive muscle oximetry: Part 2,
CBO 2001, European Conferences on Biomedical Optics,
Munich, Germany, (17-21 june 2001).
ACT22 TINET É., AVRILLIER S., TUALLE J-M., ETTORI D., PRAT J.,
multi-layered tissues: application to non invasive muscle oxymetry,
BIOMEDICAL OPTICS 01, SPIE and OSA,
San Jose, USA, (janvier 2001).
CLEO/ Europe 2000,
Nice, France, (september 2000).
A New Method to Perform Time-Resolved Measurements: The Coherence Scanning,
EOS/SPIE European Biomedical Optics Week - EBiOS 2000,
Amsterdam, Hollande, (july 2000).
Time and Space Resolved Measurements for Optical Tissues Diagnostic: Available Technics and
Expected Results,
Conference on Laser Optics,
St Petersbourg, RUSSIA, (june 2000).
ACT26 PRAT J., TUALLE J-M., TINET É. et AVRILLIER S.,
Problème Inverse pour les Milieux Diffusants Stratifiés,
OPT-DIAG 2000,
ACT27 TUALLE J-M., TINET É., AVRILLIER S.,
Méthode Interférométrique pour la Mesure Résolue dans le Temps de la Lumière Diffuse,
OPT-DIAG 2000,
Première démonstration de la possibilité d'une mesure quantitative de l'oxygénation musculaire
par spectroscopie du proche infrarouge au cours de l'exercice musculaire,
OPT-DIAG 2000,
Etude comparative de la saturation musculaire quantifiée en oxygène mesurée par spectroscopie
du proche infrarouge et de la saturation veineuse en oxygène lors de contractions isométriques de
la main,
OPT-DIAG 2000,
ACT30 JOUANIN J-C., KAHN J-F., BUSSIERE J-L., TINET É., AVRILLIER S., OLLIVIER J-P.,
GUEZENNEC C-Y.,
Etude de l'oxygénation musculaire pendant une épreuve d'effort intermittente chez des athlètes
endurants. Application de la spectroscopie proche infrarouge de l'hémoglobine,
OPT-DIAG 2000,
ACT31 TRAN C-C., FLORENCE G., TINET É., LAGARDE D., BOUY J-B., VAN BEERS P.,
AVRILLIER S., OLLIVIER J-P.,
Oxygénation cérébrale et perte de connaissance induite par des accélérations +GZ,
OPT-DIAG 2000,
I.2.3.B Posters
ACT32 HAMDI I., GORZA M.-P., SEGUNDO P. , DUTIER G., VALENTE P., LEITE J.R.R., FICHET
M., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Investigation des effets de température non nulle en Electrodynamique quantique en Cavité,
ACT33 DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., SARKISYAN D., PAPOYAN A.,
VARZHAPETYAN T., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Spectroscopie dans une cellule sub-micrométriqe ou comment sonder l'interaction atome-surface
avec une résolution spatiale nanométrique,
ACT34 DUTIER G., SALTIEL S., BLOCH D., DUCLOY M., PAPOYAN A. and SARKISYAN D.,
COLOQ'7, septième Colloque National sur les Lasers et l'Optique Quantique,
Communications sans actes (COM)
I.2.4
I.2.4.A Orales
COM1
GORCEIX O., MIOSSEC T., BARBÉ R. and KELLER J-C.,
Magnetic atom optics in space
HYPER Project meeting,
Florence, Italie, (février 2001).
COM2
Gravimétrie par interférométrie atomique,
Journées du GDR Gravitation et Expérience,
COM3
Atom interferometry with pulsed magnetic fields,
ATOPIS (ATOmic Physics In Space),
European Space Agency Task Force Meeting,
COM4
GORCEIX O., MIOSSEC T., CASTILLON G., BARBÉ R. et KELLER J-C.,
A Galilean Atomic Telescope,
COM5
GORCEIX O., MARÉCHAL E., MIOSSEC T., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R. et KELLER J-C.,
Coherence monitoring with magnetic fields,
COM6
DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., HAMDI I., SARKISYAND., PAPOYAN A.,
VARZHAPETYAN T., BLOCH D., DUCLOY
M.,
Sub-micrometric vapor cell: a new tool for spectroscopy and atom-surface interaction,
COM7
SEGUNDO P. C., HAMDI I., DUTIER G., GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D., DUCLOY
M., LEITE J. R. R., VALENTE P.,
Probing the van der Waals Atom-Surface Interaction in the non zero temperature limit,
XXVI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada,
Caxambu, Brésil, 6-10, (mai 2003).
COM8
PAPOYAN A., SARKISYAN D., BLUSH K., AUZINSH M., BLOCH D., DUCLOY M.,
Manifestation of hyperfine level mixing in moderate magnetic field observed in a sub-micron Cs
cell,
COM9
SARKISYAN D., SARKISYAN A., PAPOYAN A., BLOCH D., DUCLOY M., WALTHER H.,
Usage of Extremely Thin Cell with Smoothly Variable Thickness of Atomic Vapor ,
Column in the Range 140-1700 nm for Laser Spectroscopy,
COM10 DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., LEZAMA A., VALENTE P., BLOCH D.,
DUCLOY M., SARKISYAN D., PAPOYAN A.,
Reflection and transmission of a Fabry-Pérot-type submicronic vapor cell,
EGAS 34 (34 th Conference of the European Group for Atomic Spectroscopy),
Sofia, Bulgarie, (juillet 2002).
COM11 SARKISYAN D., PAPOYAN A., PASHAYAN Y., MALAKYAN Y., BLOCH D. and DUCLOY
M.,
Laser-induced fluorescence of sub-micron Cs and Rb-vapor layers,
COM12 DUTIER G, SALTIEL S., YAROVITSKI A., VALENTE P., BLOCH D., DUCLOY M.,
Probing Atom-Surface Interaction in an Extremely Thin Cell, IQEC'02, 23th International
Quantum Electronics Conference,
Moscou, Russie,(juin 2002).
COM13 SARKISYAN D., SARKISYAN A., BLOCH D., PAPOYAN A., MALAKYAN Yu.,
Y.PASHAYAN Y. and DUCLOY M.,
FAMSETC: France-Armenian Method of Spectroscopy by Extremely Thin Cells,
Armenian Conference on Laser Physics-2001,
COM14 DE FREITAS H.N., SEGUNDO P.C., DI LORENZO O., BLOCH D., CHEVROLLIER M. and
ORIA M.,
Temperature dependence on the adsorption time of cesium atoms on a glass surface,
QELS' 2001, Quantum Electronics and Laser Science Conference,
Baltimore, U.S.A., (mai 2001).
COM15 FAILACHE H., FISCHER A., SALTIEL S., GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D. and
DUCLOY M.,
Coupling atomic excitation and surface modes in dielectric cavity-QED,
IQEC 2000 , 22th International Quantum Electronics Conference,
COM16 FISCHER A.P.A, ANDERSEN O.K., YOUSEFI M., STOLTE S., LENSTRA D., GOEDGEBUER
J-P.,
Multistability in semiconductor laser with filtered optical feedback,
Texel Spring School,
Texel, Pays - Bas, (avril 2000).
COM17 CARDOSO G. C., TABOSA J. W. R. and LORENT V.,
Four-wave mixing in a driven cold atomic vapor,
CLEO/QELS,
San Fransisco, Etats-Unis, (mai 2000).
COM18 BORDE P., PERRIN G., NGUYEN T., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., RAYNAL P.-I., LEGER
A., MAZE G.,
Interferometry for Optical Astronomy II,
Waîkoloa, Hawaï, (22-28 août 2002).
COM19 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., DAUSSY C., GRAIN C., LOPEZ O., CHARDONNET C. et
SANTARELLI G.,
Absolute frequency measurements of the OsO4 stabilized CO2 frequency standard and of 9 µm CO2
laser lines with a femtosecond laser comb,
IQEC 2002,
Moscou, Russie, (22-28 juin 2002), (Post-deadline).
COM20 CHARDONNET C., AMY-KLEIN A., BORDÉ Ch.J., BUTCHER R.J., CONSTANTIN L.F.,
DAUSSY C., GONCHAROV A., GRAIN C., MARREL T., SHELKOVNIKOV A. et ZISKIND
M.,
Mesures de haute précision et applications à la physique moléculaire, journée thématique «
métrologie et physique fondamentale »,
Université Paris 6, France, (7 mai), (2002).
Présentation des thèmes de recherche du Laboratoire de Physique des Lasers,
première demi-journée de l’IFR Paris-Nord Plaine de France,
Villetaneuse, France, (21 mars), (2002).
La spectroscopie moléculaire au Laboratoire de Physique des Lasers,
SPECMO,
CNRS Paris, France, (30 janvier), (2002).
COM23 SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
EFTF'01,
Neuchâtel, Suisse, (6-8 mars 2001).
Rédacteurs en chef invités d’un numéro spécial des Comptes-Rendus sur les missions spatiales en
physique fondamentale, (Novembre 2001).
COM25 LECOLLINET M., BORDÉ Ch.J., CHAMBON M., CLAIRON A., COOREVITS M., FELTIN N.,
GENEVES G., GOSSET M., JUNCAR P., PINOT P., PLATEL F.,
Vers une balance du Watt française,
10ème congrès international de métrologie,
Saint-Louis, France, (23 octobre 2001), (Communication sur CDROM).
Ch.J.,
IEEE International Frequency Control Symposium,
Seattle, USA, (juin 2001).
Organisation et Présidence de deux journées sur la Physique Fondamentale dans l’espace,
Édition d’un CDROM des conférences,
ONERA-Académie des Sciences, France, (18-19 janvier 2001).
COM28 AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., and
CHARDONNET C.,
14th European Frequency and Time Forum,
Turin, Italie, (14-16 mars 2000).
COM29 SCHNEIDER H., GICQUEL A., ACHARD J., CASTEX M-C., LEFEUVRE E., BLEY V.,
MALEC D.,
Caractérisation des propriétés diélectriques et électroniques du diamant CVD
Congrès MGE, Matériaux du Génie Electrique,
Grenoble, France, (avril 2003).
COM30 BEUILLE C., DUTARDE E., SCHNEIDER H., CASTEX M-C., LEFEUVRE E., ACHARD J.,
SILVA F.,
Characterization of metal-diamond silicon associations for active power electronics,
PESC 2002 33rd Power Electronics Specialist Conference,
Cairns, Australie, (juin 2002).
COM31 GRÉGOIRE G.,
Capture et stabilisation d’un complexe collisionnel en utilisant des agrégats de van der Waals et
une suite d’impulsion femtosecondes,
COM32 DESFRANCOIS C., exposé de synthèse,
Agrégats, molécules d’intérêt biologique et spectrométrie de masse
COM33 CARLES S., LECOMTE F., DESFRANCOIS C. and SCHERMANN J-P.,
Aspects expérimentaux de l’étude des molécules et agrégats d’intérêt biologique en phase gazeuse;
Présent et futur
Atelier du GDR-CNRS «Agrégats, dynamique et réactivité» sur «Agégats et liaisons noncovalentes entre molécules d’intérêt biologique», Villetaneuse (Octobre 2001).
COM34 DESFRANCOIS C.,
Gas-phase solvation of biological molecules,
Gordon Research Conference on "Biological Molecules in the Gas Phase",
Connecticut College, New London, USA, (juin 2001), (Session chairman).
COM35 SCHERMANN J-P.,
Stuctures of weakly bound clusters of Biological interest,
XIX International Symposium on Molecular Beams,
Rome, Italie, (juin 2001), (Session chairman).
COM36 SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Experimental comparison of the biological effects of different water-ethanol mixtures,
Euroconference on Molecules of Biological Interest in the Gas Phase,
Les Houches, France, (mai 2000), (Membre du comité scientifique et organisateur).
COM37 JOUANIN J-C., KAHN J-F., ONFRAY B., TINET É., AVRILLIER S., OLLIVIER J-P.,
GUEZENEC C-Y.,
Epreuve d'effort chez l'hatlète et spectroscopie proche infrarouge de l'hémoglobine (NIRS),
XX ième Congrès de la Société Française du Sport,
Paris, France, (décembre 2000).
I.2.4.B Posters
COM38 MIOSSEC T., BARBÉ R., KELLER J-C. et GORCEIX O.,
L'imagerie tridimensionnelle en optique atomique,
COLOQ'7, 7ème colloque sur les Lasers et l'Optique Quantique,
COM39 MIOSSEC T., BARBÉ R., KELLER J-C. and GORCEIX O.,
Atomic interference fringes from a reversibleStern-Gerlach apparatus,
COM40 MIOSSEC T., BARBÉ R., KELLER J-C. and GORCEIX O.,
2D and 3D imaging of atomic bunches,
COM41 BOSSENNEC J-L., MIOSSEC T., GORCEIX O., BARBÉ R. et KELLER J-C.,
Dopplerless spectroscopy of 6s - 8p transitions at 389 nm in cold atomic cesium,
COM42 MIOSSEC T., MARÉCHAL E., LONG R., BOSSENNEC J-L., BARBÉ R., KELLER J-C. et
GORCEIX O.,
Temperature measurements by magnetic atom interferometry,
6th Workshop on Atom Optics and Atom Interferometry,
Orientational polarizability of rotationally-frozen molecules,
Interaction in ultracold gases, from atoms to molecules,
Heidelberg, Germany, (2003).
Molecular electron experiencing a diffraction grating induced by ultrafast multphoton exitation,
EPS-12: General conference. Trends in Physics,
Budapest, Hungary, (August 2003).
COM45 BOUSTIMI M., VIARIS DE LESEGNO B., BAUDON J., ROBERT J. and DUCLOY M.,
Atom symmetry break and level coupling in atom-surface van der Waals interaction,
COM46 GORZA M-P., HAMDI I., SEGUNDO P., DUTIER G., YAROVITSKI A., SALTIEL S., FICHET
The Atom-surface van der Waals interaction when the Zero-Temperature limit breaks down,
Quantum Optics 2003, Euresco Conference,
Grenade , Espagne, (septembre octobre 2003).
COM47 GORZA M-P., HAMDI I., SEGUNDO P., BLOCH D., DUCLOY M.,
Thermal effects in Cavity Quantum Electrodynamics: the near-field regime of atom-surface
interaction,
COM48 HAMDI I., SEGUNDO P., DUTIER G., VALENTE P., FAILACHE H., LEITE J.R.R., GORZA
M- P., FICHET M., BLOCH D.,
DUCLOY M.,
Probing the van der Waals Atom-Surface Interaction in the non-zero temperature limit,
COM49 FICHET M., FAILACHE H., SALTIEL S., GORZA M-P., BLOCH D., DUCLOY M.,
Long range influence of surface-polariton on atom internal dynamics,
COM50 SARKISYAN D., SARKISYAN A. , VARZHAPETYAN T. , PAPOYAN A. , BLOCH D. ,
DUCLOY M., WALTHER H.,
Extremely thin cell for laser spectroscopy with smoothly variable thickness of atomic vapor column
in the range of 140-1700nm,
QELS, Quantum Electronics and Laser Science Conference,
Baltimore, U.S.A., (juin 2003).
COM51 KLIMOV V.V., DUCLOY M.,
Spontaneous emission of an atom placed near a nanofiber,
Seventh French-Israeli Symposium on Nonlinear and Quantum OpticsFRISNO7,
COM52 HAMDI I., SEGUNDO P., DUTIER G., VALENTE P., LEITE J.R.R., GORZA M.-P., FICHET
Probing the van der Waals atom-surface interaction in the non-zero temperature limit,
COM53 DUTIER G., SALTIEL S., YAROVITSKI A., SARKISYAN D., PAPOYAN A., BLOCH D.,
DUCLOY M.,
Spectroscopy in an Extremely Thin Cell:from Dicke narrowing to atom-surface
interaction,
COM54 BLOCH D. , DUCLOY M., DUTIER G., LOPEZ O., YAROVITSKY A.,
1.7 THz tunable quasi-single mode grating stabilized diode laser in the 920 nm range,
LAT (Lasers and Applications Technology),
COM55 YAROVITSKI A., DUTIER G., SALTIEL S., LEZAMA A., BLOCH D., DUCLOY M.,
Extremely Thin Cell Transmission Spectroscopy : Disappearance and Revival of the Dicke
Narrowing,
COM56 FISCHER A, VEMURI G., YOUSEFI M. and LENSTRA D.,
Controlling the dynamics time scale of a diode laser using filtered optical feedback,
International Workshop on nonlinear dynamics of optical systems,
Les Houches, France, (septembre 2001).
COM57 SEGUNDO P.C. , DI LORENZO-FILHO O., FAILACHE H., BLOCH D , DUCLOY M.,
Reflection Spectroscopy of Excited Cesium Atoms Close to a Sapphire Surface,
XXIV ENFM (24th national meeting of Condensed Matter Physics,
Sao Lorenço, Brésil, (mai 2001).
COM58 FAILACHE H., SALTIEL S., YAROVITSKI A., BAAS A., FISCHER A., GORZA M-P.,
FICHET M., BLOCH D. et DUCLOY M.,
Couplage quantique résonnant à longue portée entre atome excité et surface diélectrique,
PAMO 2000, Physique Atomique et Moléculaire et Optique,
COM59 PERRIN H., COLOMBE Y., KADIO D., MERCIER B. and LORENT V.,
Bose-Einstein condensate confined in two dimensions,
Bose-Einstein Condensation,
COLOQ 8, colloque sur les lasers et l’optique quantique,
Congrès général de la Société Française de Physique,
A 2D trap relying on RF-dressed potentials,
Young Atom Opticians Conference,
Amsterdam, Pays-Bas, (juin 2003).
2D dressed potentials in a magnetic trap,
Les Houches, France (avril 2003).
COM64 PERRIN H., COLOMBE Y., KADIO D., OLSHANII M., MERCIER B. and LORENT V.,
Quantum Optics,
San Feliu de Guixols, Espagne (septembre 2002).
7th International Workshop on Atom Optics and Interferometry, Lunteren,
Pays-Bas, (septembre 2002).
COM66 COLOMBE Y., PERRIN H., MERCIER B., and LORENT V.,
Quantum Optics,
San Feliu de Guixols, Espagne (octobre 2001).
COM67 PERRIN H., COLOMBE Y., MERCIER B., and LORENT V.,
International Workshop Quantum Gases,
Konstanz, Allemagne (juillet 2001).
COM68 PERRIN H., MERCIER B., GORLICKI M., DUCLOY M., KELLER J.-C. and LORENT V.,
Towards a 2D degenerate quantum gas,
COM69 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A.,DU BURCK F., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J.,
GRAIN C., DAUSSY C., LOPEZ O., CHARDONNET C.,
Mesures de fréquences moléculaires et test de variation des constantes fondamentales avec un
laser femtoseconde,
Congrès général de la SFP,
Lyon, France (juillet 2003).
COM70 DAUSSY C., LOPEZ O., AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., GRAIN C., BUTCHER R.J.,
SHELKOVNIKOV A., DU BURCK F., CHARDONNET C., NARBONNEAU
F., LOURS M., SANTARELLI G.,
Transmission of an optical frequency standard utilizing an 85 km fiber optic link: metrological
applications,
EQEC 2003,
Stabilization of the beam intensity for the high-resolution spectroscopy of iodine,
Munich, Allemagne, (22-27 juin 2003).
COM72 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., DAUSSY C., LOPEZ
O., BUTCHER R.J, DU BURCK F., CHARDONNET C.,
Interest of precision molecular spectroscopy for a test of variation of fundamental constants,
Workshop on “Astrophysics, Clocks and Fundamental Constants”,
Bad Honnef, Allemagne, (juin 2003).
COM73 BORDÉ P., PERRIN G., AMY-KLEIN A., DAUSSY C., MAZÉ G.,
Conference "Toward Other Earths, Darwin/TPF and the search for extrasolar terrestrial planets",
Heidelberg, Allemagne, (avril 2003).
COM74 AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J., CHARDONNET C., DAUSSY C., GONCHAROV A., GRAIN
C., LOPEZ O., SHELKOVNIKOV A., VIGUÉ H.,
High-precision frequency measurement and fundamental physics with molecules,
HYPER,
Paris, France, (4-6 novembre 2002).
COM75 AMY-KLEIN A., GONCHAROV A., DAUSSY C., GRAIN C., LOPEZ O., VIGUÉ H.,
CHARDONNET C. et SANTARELLI G.,
Absolute frequency measurements of the CO2/OsO4 frequency standard and of 9 µm CO2 laser lines
with a femtosecond laser comb,
CPEM02,
Ottawa, Canada, (16-21 juin 2002).
Correction of the residual amplitude modulation in FM spectroscopy,
Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2002),
Ottawa, Canada, (16-21 juin), (2002).
COM77 BORDÉ Ch. J., DU BURCK F., GONCHAROV A.N.,
6th Symposium on Frequency Standards and Metrology,
St Andrews, Grande Bretagne, (septembre 2001).
COM78 GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. et
CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10.6 µm : amélioration de la résolution et perspectives
métrologiques,
Coloq 7,
Rennes, France, (12-14 septembre 2001).
COM79 CHARDONNET C., PALMA M.–L. and BORDÉ Ch.J.
Hyperfine interactions in the ν3 band of tetroxide: the magnetic interactions in 189OsO4 and in
187
OsO4 and comparison with SF6,
17th Colloquium on High Resolution Molecular Spectroscopy,
Nijmegen Pays-Bas, (9–13 septembre 2001).
COM80 ZISKIND M., DAUSSY C., BORDÉ Ch. J. and CHARDONNET C.,
Search for violation of the symmetrization postulate in the rovibrational spectra of OsO4 and SF6,
HRMS'01,
COM81 ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., AMY-KLEIN A., NGUYEN C.T., BORDE Ch. J. and
CHARDONNET C.,
Search for a frequency difference in the spectrum of the enantiomers of chiral molecules,
HRMS'01,
COM82 CHARDONNET C., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A. and AMY-KLEIN A.,
Hyperfine structure of a two-photon resonance in the 2n3 band of SF6 with a resolution of 200 Hz,
HRMS'01,
Ch.J.,
COM84 DU BURCK F., WALLERAND J-P., GONCHAROV A.N., HIMBERT M.,
High frequency detection technique for ultra-high resolution spectroscopy of I2,
CPEM 2000, Conference on Precision Electromagnetic Measurements,
Sydney, Australie, (mai 2000).
COM85 FILS J., HOLLEVILLE D., LANDRAGIN A., PETIT P., VALENTIN C., DIMARCQ N.,
CLAIRON A., BOUYER P., BORDÉ Ch.J. and SALOMON C.,
Influence of Raman beams wavefronts on the accuracy of a cold atom gyroscope,
Euroconference on Atom Optics and Interferometry,
COM86 CONSTANTIN L.F., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J., SHELKOVNIKOV A., BORDÉ Ch.J.
and CHARDONNET C.,
High resolution two-photon spectroscopy at 10 µm using the separated oscillatory fields method
with a molecular beam,
NATO Advanced Research Workshop "Spectroscopy from Space",
Bratislava, Slovaquie, (31 octobre, 4 novembre 2000).
COM87 SHELKOVNIKOV A., CONSTANTIN L.F., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J. and
CHARDONNET C.,
Ultra-high resolution spectroscopy in the infrared region using a supersonic beam of SF6,
CLEO-IQEC,
Nice, France, (10-15 septembre 2000).
COM88 CASTEX M-C., FISCHER A., ADÈS D., SIOVE A.,
Nanostructurations photoniques pour des micro-lasers bleus à base de carbazole,
13ème Journée Nanotechnologie,
Paris, France, (janvier 2003).
COM89 CASTEX M-C., SIMEONOV D., FISCHER A., ADÈS D., SIOVE A.,
Réseaux de Bragg photo-induits sur des polymères à base de carbazole : vers des microlasers
bleus,
DIELOR, Dispositifs Electroniques Organiques,
Nantes, France, (Novembre 2002).
COM90 CASTEX M-C., LEFEUVRE E., ACHARD J., TARDIEU A., BEUILLE C., SCHNEIDER H.,
ICNDST 8th International Conference on New Diamond Science and Technology,
Melbourne, Australie, (juillet 2002).
COM91 CASTEX M-C., BITYURIN N.,
Is the VUV laser ablation of polymers a pure photochemical process?
COM92 ACHARD J., TARDIEU A., KANAEV A., GICQUEL A., CASTEX M-C., YOKOTA Y.,
HAYASHI K., TACHIBANA T., KOBASHI K.,
Photoconductivity of highly oriented and radomly oriented diamond films for detection of fast UV
laser pulses,
Diamond, 12th European Conference on Diamond, Diamond-like Materials, Carbon Nanotubes,
Nitrides and Silicon Carbide,
Budapest, Hongrie, (septembre 2001).
COM93 OLIVERO C., FISCHER A., CASTEX M-C., ADÈS D., SIOVE A.,
Workshop EPF on Electroluminescence and Polymers,
COM94 CLOUTET E., ADÈS D., BELORGEY G., OLIVERO C., CASTEX M-C., SIOVE A.,
Nouveaux copolymères alternés électroactifs à base de carbazole : synthèse et propriétés,
COM95 ADÈS D., CASTEX M-C., CLOUTET E., OLIVERO C., SIOVE A.,
Micro-cavités à polymères du carbazole : vers des lasers plastiques bleus,
COM96 HOCHEDEZ F., BERGONZO P., CASTEX M-C. et al.,
11th European Conference on Diamond, Diamond like materials, nitrides and silicon carbide,
Porto, Portugal, (septembre 2000).
COM97 HAYASHI K., YOKOTA Y., TACHIBANA T., KOBASHI K., ACHARD J., GICQUEL A.,
Transient photocurrent of UV detectors made of highly oriented diamond films to pulsed lightsources,
7th International Conference on New Diamond science and Technology,
Hong Kong, Chine, (juillet 2000).
COM98 CASTEX M-C., BITYURIN N., OLIVERO C., MURAVIOV S., BRONNIKOVA N., RIEDEL D.,
E-MRS 2000, The European Material Conference, symposium Photon-induced Material
Processing,
COM99 CASTEX M-C., OLIVERO C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
E-MRS 2000, The European Material Conference, symposium Optoelectronics,
COM100 OLIVERO C., CASTEX M-C., PICHLER G., ADÈS D., CLOUTET E., SIOVE A.,
Micro-cavités à polymères de carbazole : vers des lasers plastiques bleus,
UVX 2000, 5ème Colloque sur les Sources Cohérentes et Incohérentes UV, VUV et X,
Île de Porquerolles, France, (16-19 mai 2000).
COM101 GREGOIRE G., LECOMTE F., LUCAS B., BOUTEILLER Y., SCHERMANN J-P.,
DESFRANCOIS C.,
IR depletion spectroscopy coupled to dipole – bound anion formation:amide-water systems,
Gordon Research Conference on “Biological Molecules in the Gas Phase”,
Connecticut College, New London, USA, (juillet 2003).
COM102 TUALLE J.-M., NGHIEM H.L., ETTORI D., TINET E. and AVRILLIER S.,
Asymptotic behavior and Inverse problem in layered scattering media,
Biophotonics 2002,
Heraklion, Crête, (18-20 octobre, 2002).
COM103 BERCIER S., BUTELLI O., JOUANIN J-C., AVRILLIER S., TINET É., KAHN J-F.,
Comparaison de l’oxygénation musculaire d’une population entraînée vs non entraînée au cours
d’un exercice isométrique maintenu intermittent,
OPT-DIAG 2002,
COM104 SCHÄFAUER C., ÉTTORI D., TUALLE J-M., TINET É., AVRILLIER S.,
Réalisation d’un système d’imagerie destiné à la détection précoce de tumeur vésicale par
spectroscopie d’autofluorescence,
OPT-DIAG 2002,
COM105 ETTORI D., AVRILLIER S., TINET É., TUALLE J-M.,
A time-resolved endoscopic sensor for the local measurement of optical coefficients of tissue,
CLEO/QELS 2001,
Baltimore, USA, (may 6-11 2001) .
Conférences invitées (INV)
I.2.5
INV1
BAUDON J. et al.,
Atomic gravimeter,
Gravity and Experiments 2002,
Pise, Italie, (2002).
INV2
BPU-5,
INV3
beamsplitters,
38th " rencontres de Moriond on gravitationnal waves and experimental gravity ",
Les Arcs, France, (mars 2003).
INV4
BOUSTIMI M., BAUDON J., ROBERT J., PERALES F., BOCVARSKI V., REINHARDT J.,
MAINOS C. and DUCLOY M.,
Probing «in depth» surface corrugation by inelastic scattering of metastable atoms or molecules,
XIXth International Symposium on Molecular Beams,
Rome, Italie , (juin 2001).
INV5
ROBERT J.,
Interférométrie atomique à bras largement séparés,
Congrès du GDR Gravitation et Expériences,
INV6
VIARIS DE LESEGNO B., BOUSTIMI M., PERALES F., REINHARDT J., BAUDON J. and
ROBERT J.,
Stern Gerlach atomic interferences in the transverse plane,
Third international symposium " Modern Problems of Laser Physics ",
Novosibirsk, Russie, (july 2000).
INV7
DUCLOY M.,
Laser spectroscopy and metrology with nanometric gas cells,
(ILLA/LTL’2003, 8th International Conference on Laser and Laser-Information Technologies,
Smolyan, Bulgarie , (septembre octobre 2003).
INV8
DUCLOY M., DUTIER G., HAMDI I., SEGUNDO P.C.S., YAROVITSKI A., SARKISYAN D.,
PAPOYAN A., VARZHAPETYAN T.,
SALTIEL S. , GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D.,
New trends in laser spectroscopy: nanometric gas cells,
BPU5, 5tGeneral Conference of the Balkan Physical Union,
Vrnjacka Banja, Serbie, (août 2003).
INV9
DUTIER G., HAMDI I., SEGUNDO P., YAROVITSKI A., SALTIEL S., SARKISYAN D.,
PAPOYAN A., VARZHAPETYAN T., GORZA,
M.-P, FICHET M., BLOCH D., DUCLOY M.,
Coupling of atoms, surfaces and fields in dielectric nanocavities,
ICOLS, 16th International Conference on Laser Spectroscoy,
Palm Cove, Australie, (18-23 juillet 2003).
INV10
DUCLOY M.,
MPLP'2000, Third International Symposium on Modern Problems of Laser Physics,
Novosibirsk, Russie, (juillet 2000).
INV11
DUCLOY M.,
Spectroscopic probes of exchange of excitation between atoms and surface,
INV12
DUCLOY M.,
Long-range quantized exchange of excitation between surface and atoms in vacuum,
European Research Conference on Quantum Optics,
INV13
DUCLOY M.,
Atom spectroscopy in the vicinity of dielectric surfaces,
XXXIVth EGAS Conference, European Group for Atomic Spectroscopy,
Sofia, Bulgarie, (juillet 2002), (session plénière).
INV14
DUCLOY M.,
Laser spectroscopy approaches to atom- dielectric nanostructures interactions,
Moscou, Russie, (juin 2002), (exposé tutorial).
INV15
BLOCH D., DUTIER G., SALTIEL S., YAROVITSKI A., FICHET M., GORZA M.-P. and
DUCLOY M.,
Signature of dielectric Cavity QED effects in vapor spectroscopy,
Deuxième Symposium franco-russe sur les Lasers,
Souzdal, Russie, (octobre 2001).
INV16
DUCLOY M.,
Cavity QED with dielectric microstructures,
XXVIII Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física,
Séville, Espagne, (septembre 2001), (session plénière).
INV17
D. BLOCH and M. DUCLOY,
Recent advances in dielectric cavity QED,
ICONO'01, XVIIth International Conference on Coherent and Nonlinear Optics,
Minsk, Biélorussie , (juin 2001).
INV18
DUCLOY M.,
11th International School on Quantum Electronics, Lasers - Physics and Applications,
Varna, Bulgarie, (septembre 2000).
INV19
FAILACHE H., SALTIEL S., GORZA M-P., FICHET M., BLOCH D., KLIMOV V.V. and
DUCLOY M.,
Surface-induced anisotropy and near-field symmetry breaking in atomic systems,
FRISNO6, Sixth French-Israëli Symposium on Nonlinear and Quantum Optics,
INV20
COLOMBE Y., PERRIN H., KADIO D., OLSHANII M., MERCIER B. and LORENT V.,
Loading a BEC in a 2D trap,
Les Houches, France, (avril 2003).
INV21
PERRIN H., COLOMBE Y., MERCIER B., and LORENT V.,
Quantum gases in lower dimension,
Russian-French Laser Symposium RFLS-2001, Vladimir, Suzdal,
Russie, (30 septembre-7 octobre 2001).
INV22
Mesures absolues de fréquences optiques avec un laser femtoseconde,
COLOQ’8,
INV23
Ultra-precise absolute frequency measurements of molecular transitions : towards new tests of
time variation of fundamental constants,
ICOLS’2003,
Palm Cove, Australie, (juillet 2003).
INV24
CHARDONNET C.,
Ultra-precise optical frequency measurements: application to tests of variation of fundamental
constants and parity violation in molecules,
LO’2003, XI Conference on Laser Optics,
Saint-Petersbourg, Russie, (juin 2003).
INV25
SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., CHARDONNET CH.,
AMY-KLEIN A.,
RFSL : 2° Séminaire franco-russe,
Vladimir, Russie, (30septembre-7 octobre 2001).
INV26
BORDÉ Ch.J.,
Les grands enjeux scientifiques pour la physique fondamentale,
Atelier préparatoire au séminaire de prospective scientifique spatiale,
CNES, Paris, France, (29 avril 2002).
INV27
BORDÉ Ch.J.,
Quelques remarques sur les unités fondamentales du système international,
Académie des Technologies, Paris, France, (20 mars 2002).
INV28
CHARDONNET C., GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R.J., NGUYEN C.T., A.
AMY-KLEIN,
2nd French-Russian seminar,
Vladimir, Russie, (30 septembre – 7 octobre), (2001).
INV29
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L.F., GRAIN C., ZISKIND M., SHELKOVNIKOV A.,
NGUYEN C.T., DAUSSY C. and CHARDONNET C.,
Ultra-high resolution infrared spectroscopy : state-of-the-art and applications,
26th International Conference on Infrared and Millimeter Waves IRMMW,
Toulouse, France, (10-14 septembre 2001).
INV30
BORDÉ Ch.J.,
Université de Hanovre, Allemagne, (31 août 2001).
INV31
BORDÉ Ch.J.,
Measurement of gravito-inertial fields using atomic interferometry,
Conference on the current state and perspectives of absolute gravimetry,
BIPM, Sèvres, France, (17 juillet 2001).
INV32
SHELKOVNIKOV A., GRAIN C., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. and
CHARDONNET C.,
400 Hz two-photon Ramsey fringes in the 30 THz spectral range,
ICONO'01,
Minsk, Biélorussie, (26 juin-01 juillet 2001).
INV33
CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C., BORDÉ Ch. J., GRAIN C.,
CONSTANTIN L.F., NGUYEN C.T., SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R. J. ,AMY-KLEIN A.,
SPIE (2001),
San José, USA, (22-26 janvier 2001).
INV34
BORDÉ Ch.J.,
INV35
BORDÉ Ch.J.,
Atom interferometry and gravitation,
International school on the Interplay between Quantum and Gravity Physics,
Erice, Sicily, (mai 2001), (Série de trois conférences invitées).
INV36
BORDÉ Ch.J.,
The French effort on gravito-inertial sensors using atom interferometry on Earth and in Space :
Experiments and Theory,
NTAG-2001, Workshop on New Techniques for Absolute Gravimeters,
BIPM, Sèvres, France, (27 février 2001).
INV37
BORDÉ Ch.J.,
Applications de l’interférométrie atomique à la réalisation de senseurs gravito-inertiels et à la
physique fondamentale dans l’espace,
ONERA, Palaiseau, France, (18 janvier 2001).
INV38
DU BURCK F.,
Ultra-high resolution stimulated Raman spectroscopy : detection technique and applications,
MPLP'2000, Modern Problems of Laser Physics,
INV39
BORDÉ Ch.J.,
How far and should we go in reducing the number of base units of the SI: a challenge in the
application of modern physics,
Symposium à l'occasion du 125ème anniversaire de la convention du mètre,
Académie des Sciences, Paris, France, (17 octobre 2000).
INV40
BORDÉ Ch.J., GENEVES G. et LECOLLINET M.,
Projet BNM de balance du Watt et définition de l'unité de masse,
Grasse, France, (12 Octobre 2000).
INV41
RASEL E. et BORDÉ Ch.J.,
Le projet HYPER d'interférométrie atomique dans l'espace,
INV42
BORDÉ Ch.J.,
The Lense-Thirring effect,
First task force meeting of the Topical Team: Atom Optics and Interferometry in Space,
ATOPIS 2000,
INV43
BORDÉ Ch.J.,
Horloges et interférométrie atomiques,
Inauguration du L.H.A. à l'Observatoire de Paris,
Paris, France, (2 octobre 2000).
INV44
BORDÉ Ch.J.,
The Watt balance - Consequences for Planck and Boltzmann constants,
Université de Hanovre, Allemagne, (septembre 2000).
INV45
BORDÉ Ch.J.,
Hyper presentation,
ESA,
Paris, France, (septembre 2000).
INV46
BORDÉ Ch.J.,
Euroschool on Bose-Einstein condensates and Atom lasers,
INV47
BOUYER P. et BORDÉ Ch.J.,
Cold atom gyros using atom interferometry,
EGAS,
Vilnius, Lithuanie, (juillet 2000).
INV48
The Pauli principle and ultrahigh resolution spectroscopy of polyatomic molecules,
International Conference on Spin-Statistics Connection and Commutation Relations:
Experimental Tests and Theoretical Implications,
Anacapri, Italie, (1 Juin 2000).
INV49
BORDÉ Ch.J.,
Université de Hanovre, Allemagne, (24 Mai 2000).
INV50
BORDÉ Ch.J.,
Relativistic phase shifts, Kick-off meeting of the Topical Team: Atom Optics and Interferometry in
Space,
(ATOPIS 2000),
Garbsen-Hanover, Allemagne, (20 mai 2000).
INV51
Ecole Femto 2000,
Saint-Etienne, France, (2-6 octobre 2000).
INV52
CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY C. et BORDÉ Ch.J.,
Towards an observation of a parity violation effect in the spectrum of chiral molecules,
ISCD 12, Chirality 2000,
Chamonix, France, (24-28 septembre), (2000).
INV53
CHARDONNET C., ZISKIND M., MARREL T., DAUSSY Ch. et BORDÉ Ch.J.,
IQEC 2000,
Nice, France, (10-15 septembre), (2000).
INV54
CHARDONNET C., AMY-KLEIN A., BUTCHER R.J., CONSTANTIN L.F. and
SHELKOVNIKOV A.,
Two-photon Ramsey fringes with a beam of SF6,
MPLP'2000,
INV55
CASTEX M-C.,
Réalisation de réseaux sur polymères par laser UV,
UVX 2002,
Ile d’Oleron, France, (juin 2002).
INV56
LEFEUVRE E., ACHARD J., CASTEX M-C., SCHNEIDER H., BEUILLE C., TARDIEU A.,
DIAMOND 2002, 13th European Conference on Diamond, Diamond like Materials, Carbon
Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide,
Grenade, Espagne, (septembre 2002).
INV57
CASTEX M-C., OLIVERO C., FISCHER A., MOUSEL S., MICHELON J., ADÈS D., SIOVE A.,
INV58
LUCAS B, REIMANN B., GREGOIRE G., BOUTEILLER Y., SCHERMANN J-P.,
DESFRANCOIS C.,
Infrared spectroscopic structural studies on polar neutral complexes and on small protonated
peptides,
3rd EURESCO on Molecules of Biological Interest in the Gas Phase,
Exeter, Angleterre, (avril 2004).
INV59
LUCAS B, REIMANN B., GREGOIRE G., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
A new mass-selective spectroscopic technique for structural studies of neutral polar complexes,
XIVth Symposium on Atomic Cluster and Surface Physics (SASP 2004),
La Thuile (Aoste), Italie, (février 2004).
INV60
Multipole-bound negative ions,
3rd International workshop on dynamics and structure of critically stable quantum few-body
systems,
Trente, Italie, (septembre 2003).
INV61
SCHERMANN J-P.,
Gas-phase studies of small clusters of biomolecular building blocks,
Workshop on photoactive biomolecules in the gas phase, in liquids and in vivo,
Aarhus, Danemark, (juillet 2003).
INV62
SCHERMANN J-P.,
Cluster beam studies of hydration sites of biologically relevant systems,
XXème International Symposium on Molecular Beams,
Lisbon, Portugal, (juin 2003).
INV63
SCHERMANN J-P.,
Probing non-covalent interactions between molecules of biological interest by dipole-bound anion
formation,
13ème International Conference on Electron-Molecule Collisions and Swarms (EMS 2003),
Pruhonice (Prague), République Tchèque, (août 2003).
INV64
Affinités électroniques des bases de l'ADN isolées,
Journée sur la radiolyse de principes actifs en solution aqueuse,
Bruxelles, Belgique, (novembre 2002).
INV65
LECOMTE F., LUCAS B., GRÉGOIRE G., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Complexes of biological interest with very weak electron affinities; Experiment and theory,
2nd International Symposium on Low-Energy Electron-Molecule Interactions,
Chlewiska, Pologne, (septembre 2002).
INV66
LECOMTE F., LUCAS B., GREGOIRE G., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Rydberg Electron Transfer spectroscopy on small complexes of biomolecular building blocks,
2nd EURESCO “Molecules of Biological Interest in the Gas Phase: Euroconference on
Fundamental studies and Applications”,
Wilbald Kreuth, Allemagne, (juillet 2002).
INV67
Multipole-bound molecular negative ions,
International Workshop on Dynamics and Structure of Critically Stable Quantum Few-Body
Systems,
Les Houches, France, (octobre 2001).
INV68
LECOMTE F., CARLES S., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Valence and multipole-bound cluster anions,
Gordon Research Conference on Photoions, Photoionization and Photodetachment,
Williams College, Massachussetts, USA, (juillet 2001).
INV69
Rydberg Electron Transfer spectroscopy with Dipole-Bound Anions,
International Symposium of the Volkswagen Stiftung "Isolated Molecules of Biological Interest",
Duesseldorf, Allemagne, (juin 2001).
INV70
DESFRANCOIS C., CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P.,
Multipole electron binding to complexes of biological interest,
European Conference on Atomic and Molecular Physics, ECAMPVII,
Berlin, Allemagne, (avril 2001).
INV71
CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C., BERGES J., HOUEELEVIN C., XU S., NILLES J.M., BOWEN K.H.,
Electron attachment to sulfur-containing biological systems,
International Symposium on Low Energy Electron - Molecule Interactions,
Going, Autriche, (march 2001).
INV72
CARLES S., LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Complexes of biomolecular building blocks: Rydberg electron transfer spectroscopy and
theoretical calculations,
"Gordon” conference on Molecular and ionic clusters,
Toulouse, France, (avril 2000).
INV73
CARLES S., LECOMTE F., DESFRANCOIS C., SCHERMANN J-P.,
Clusters of biological interest,
SASP 2000,
Folgaria, Italie, (février 2000).
INV74
AVRILLIER S.,
New laser diagnosis methods in dentistry,
LASER IN DENTISTRY,
Firenze, Italie, (1er-4 mai, 2003).
INV75
Diffuse Infrared Light for Tissues Diagnostic,
Sixt International workshopon Laser Physics and its Applications,
Tunis, Tunisie, (11-17 décembre, 2002).
INV76
Laser diagnosis in medecine,
42nd week of science,
Aleppo, Syrie, (2-4 novembre, 2002).
INV77
AVRILLIER S.,
Lasers, outils diagnostiques: exemple d’application à la détection des caries dentaires,
E2Phy2002,
Lyon, France, (26-29 août, 2002).
INV78
AVRILLIER S.,
INV79
AVRILLIER S.,
Optical diagnosis in dentistry,
INV80
AVRILLIER S.
Les problèmes de métrologie dans le diagnostic Médical,
Académie des technologies,
Paris, France, (29 janvier, 2002).
INV81
Le Rayonnement Infrarouge dans le Diagnostic Médical,
Salon de la physique,
Paris, France, (23-25 octobre, 2001).
INV82
Space and/or Time Resolved Measurements of Diffuse Light for Tissues Diagnostic,
Russian-French Laser Symposium,
Vladimir-Suzdal, (30 septembre-7 octobre, 2001).
INV83
AVRILLIER S.,
INV84
AVRILLIER S.,
Laser diagnosis of dental caries current status,
INV85
TUALLE J-M.,
Conditions aux limites dans le cadre de l’approximation de la diffusion,
Colloque PROPAGATION DANS LES MILIEUX HETEROGENES: DIFFUSION ET
CONDITIONS AUX LIMITES,
ESPCI (Paris), France, (10-11 mai 2001).
INV86
AVRILLIER S., TINET É., TUALLE J-M., PRAT J., ETTORI D.,
Propagation d'impulsions ultracourtes dans les milieux diffusants, Application au diagnostic
médical,
FEMTO 2000,
Saint-Etienne, France, (octobre 2000).
INV87
TUALLE J-M.,
Mesures résolues dans le temps de la lumière diffuse pour le diagnostic médical,
PAMO 2000,
INV88
TINET É., TUALLE J-M., ETTORI D. and AVRILLIER S.,
Real-time radiative-transfer Monte Carlo results for biomedical applications,
Monte Carlo 2000,
Monte Carlo, Monaco, (juillet 2000).
INV89
Time and Space Resolved Reflectance Measurements for Tissues Diagnostic: Available Technics
and Expected Results,
Hanoi, Vietnam, (30 march -1 april 2000).
INV90
AVRILLIER S., REVEL F., J.P. OLLIVIER J-P., COSTES F., TUALLE J-M. and TINET É.,
Spatially resolved diffuse reflectance spectrometer for non invasive quantitative muscle oxymetry,
Hanoi, Vietnam, (march 2000).
Ouvrages scientifiques (ou chapitres) (OS)
I.2.6
OS1
KELLER J-C.,
Atomic and Molecular Beams - State of the art 2000, chapitre I.4, 95-104,
OS2
BOUSTIMI M., VIARIS de LESEGNO B., PERALES F., REINHARDT J., BAUDON J.,
in "Atomic Physics 17" (P. de Natale ed., AIP Conference Proceedings 551,
American Institute of Physics, New York), 478-487, (2001).
OS3
LEDUC F., HOLLEVILLE D., FILS J., CLAIRON A., DIMARCQ N., LANDRAGIN A.,
BOUYER P., BORDE CH.J.,
Cold atom gyroscope for precision measurements,
Laser Spectroscopy 16, eds P. Hannaford et H. Bachor, à paraître.
OS4
BORDÉ Ch.J.,
OS5
BORDÉ Ch.J., DU BURCK F. and GONCHAROV A.N.,
OS6
Ch.J.,
OS7
GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., NGUYEN C. T., BUTCHER R. J., AMY-KLEIN A.,
CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10,6 µm : amélioration de la résolution et perspectives
métrologiques,
J. Phys. IV, 12, Pr5-127-129, (2002).
OS8
AMY-KLEIN A., CONSTANTIN L. F., GRAIN C., ZISKIND M., MARREL T.,
SHELKOVNIKOV A., BUTCHER R. J., NGUYEN C. T., DAUSSY C., CHARDONNET C.,
Proceedings of the 26th international conference on Infrared and Millimeter Waves IRMMW, 4-24-8, (2002).
OS9
BORDÉ Ch.J.,
Atomic Clocks and Atom Interferometry,
Advances in the Interplay between Quantum and Gravity Physics, Ed. by P.G. Bergmann and V. de
Sabbata, Kluwer Academic Publishers, 27-55, (2002).
OS10
DU BURCK F.,
Ultrahigh resolution stimulated Raman spectroscopy : detection technique and applications,
in Proceedings of the Third International Symposium of Modern Problems of Laser Physics,
Eds. S. N. Bagayev, V. I. Denisov, 35-39 (2000) et Laser Physics 11, 1073-1075, (2001).
OS11
GRAIN C., SHELKOVNIKOV A., NGUYEN C.T., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A. et
CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10.6 µm: amélioration de la résolution et perspectives
métrologiques,
A paraître dans Proceedings Coloq 7 (2001).
OS12
in Systèmes femtosecondes,
Editeurs P. Laporte et F. Salin, Publications de l'Université de Saint-Etienne, 335-359, (2001).
OS13
HOLLEVILLE D., FILS J., PETIT P., DIMARCQ N., CLAIRON A., BOUYER P., BORDÉ Ch.J.
and SALOMON C.,
Réalisation d'un gyromètre à atomes froids,
J. Phys. IV Pr., 10, 171-172, (2000).
OS14
The Pauli Principle and Ultrahigh Resolution Spectrocopy of polyatomic Molecules,
Proceedings of CP545, Spin-Statistics Connection and Communication Relations,
Edité par Hilborn R.C., Tino G.M., 274-280, (2000).
OS15
LÄMMERZAHL C. and BORDÉ Ch.J.,
Testing the Dirac equation,
In Testing Relativistic Gravity in Space : Gyroscopes, Clocks, Interferometers Editors:
OS16
BORDÉ Ch.J., HOUARD J-C. and KARASIEWICZ A.,
Relativistic phase shift for Dirac particles interacting with weak gravitational fields in matter-wave
interferometers,
In Testing Relativistic Gravity in Space : Gyroscopes, Clocks, Interferometers.Editors:
OS17
CONSTANTIN L.F., BUTCHER R.J., AMY-KLEIN A., BORDÉ Ch.J. and CHARDONNET C.,
Franges de Ramsey à deux photons à 10 µm : vers une nouvelle génération d'étalons de fréquence
dans le domaine infrarouge,
J. Phys. IV Pr., 10, 199-200, (2000).
OS18
CHARDONNET C., MARREL T., ZISKIND M., DAUSSY C., AMY-KLEIN A. and BORDÉ
Ch.J.,
Spectroscopie de molécules chirales: recherche d’un effet de violation de la parité,
J. Phys. IV Pr., 10, 45-54, (2000).
OS19
LECOMTE F., SCHERMANN J-P., DESFRANCOIS C.,
Multipole bound anions of organic molecules,
Review paper in "Theoretical Prospect of Negative Ions",
Ed. J. Kalcher, Research Sign Post, Trivandrum, 29-41, (2001).
OS20
Molecular beam studies of DNA bases,
Review paper in "Atomic and Molecular Beams",
Ed. R. Campargue, Springer, 815-825, (2001).
OS21
Mesure des coefficients optiques dans des milieux diffusants stratifiés,
Journée 2002 Optique et Image de l'Ecole Doctorale de Saint-Etienne sur les Signaux et milieux
complexes, T. Fournel et G. Brun (Ed.),
Presses de l'Université de Saint Etienne, ISBN 2-86272-281-2, 89-99, (2002).
OS22
TUALLE J-M., PRAT J., TINET É. and AVRILLIER S.,
Inverse problem for stratified scattering media,
in "Waves and Imaging through Complex Media",
Kluwer Academic Publishers, London, 2001.
I.2.7
OV1
Ouvrages de vulgarisation (ou chapitres) (OV)
PERRIN H.,
Atomes ultra froids : la spécificité des basses dimensions.
Revue SupOptique Avenir 2003.
I.2.8
Directions d’ouvrages (DO)
I.2.9
Autres publications (AP)
Autres activités internationales (AI)
I.2.10 Autres activités internationales (AI)
AI1
LORENT V.,
Organisation de deux séminaires franco-russes (2001 et 2003).
AI2
PERRIN H.,
Organisation de l’Ecole internationale de physique QGLD 2003 aux Houches.
AI3
L’équipe est membre de deux réseaux européens : FASTNET (Field Atom Surface Training
NETwork) et Atom Chips.
Autres activités internationales (AI)
Valorisations – contrats – brevets (B)
I.2.11 Valorisations – contrats – brevets (B)
B1
BAUDON J., ROBERT J.,
Procédé et installation de nanolithographie par interférométrie atomique,
Demande de brevet n° 9912016 déposé le 27 septembre 1999 par l'Université Paris 13,
Demande internationale n° PCT/FR00/02664 déposée le 27 septembre 2000,
Entrée en phase nationale aux Etats-Unis en avril 2002.
B2
BORDÉ Ch.J., BOUYER P., CLAIRON A., DIMARCQ N., FEATONBY P., FILS J.,
HOLLEVILLE D., LANDRAGIN A. et SALOMON C.,
Gyromètre à ondes de matière,
Brevet d'invention n° 0108112 déposé le 20 Juin 2001.
B3
TUALLE J-M.,
Dispositif interférométrique pour la détection résolue en temps de la lumière diffuse,
Demande de brevet n°0006392 déposée le 18 mai 2000 par l'Université Paris 13,
Demande internationale n° PCT/FR01/01520 déposée le 17 mai 2001.
Contrat de collaboration LEEI/LPL et ALSTOM (2003)
Contrat de collaboration LPL/L2BOA/LCOF/CEA Saclay (2002)
Contrat de collaboration LEEI/LIMHP/LPL et ALSTOM (2001/2002)
Valorisations – contrats – brevets (B)
Liste des brevets prioritaires français ou européens (OEB)
Type de dépôt
(INPI, OEB) (1)
INPI
INPI
INPI
N° de
dépôt
Date de
dépôt
Titre du brevet
Dispositif interférométrique pour la
0006392 18/05/00 détection résolue en temps de la lumière
diffuse
Procédé et installation de
nanolithographie par interférométrie
9912016 27/09/99
atomique
0108112 20/06/01
Gyromètre à ondes de matière
CoN° de
Date de Déposants
Licence
déposants
publication publication
(2)
(nombre)
(2)
Inventeurs
Univ. Paris
13
TUALLE J-M.
Univ. Paris
13
BAUDON J.
ROBERT J.
SAGEM
BORDE Ch.J.
BOUYER P.
CLAIRON A.
DIMARCQ N.
FEATONBY P.
FILS J.
HOLLEVILLE D.
LANDRAGIN A.
SALOMON C.
Extensions OEB ou PCT (3) des brevets prioritaires français ou européens
Pays
N° de
N° de
CoType
N° de
Date de
d'extension dépôt du
publication Déposants
Titre du brevet
déposants
d'extension
dépôt pour dépôt de
(US, JPN, premier
de
(2)
(2)
(OEB, PCT, )
l'extension l'extension
...)
dépôt
l'extension
Dispositif interférométrique pour la
PCT/FR01
Univ. Paris
PCT
0006392
17/05/01
détection résolue en temps de la
/01520
13
lumière diffuse
Procédé et installation de
Univ. Paris
PCT/FR00
27/09/00
PCT
US
9912016 nanolithographie par interférométrie
13
/02664
atomique
(1) INPI : Institut National de la Propriété Industrielle ; OEB : Office Européen des Brevets.
(2) Personnes morales : établissement, organisme, entreprise…
(3) Patent Cooperation Treaty.
- 164 http://www-lpl.univ-paris13.fr
Licence
(nombre)
Inventeurs
TUALLE J.M.
BAUDON J.,
ROBERT J.
Déclaration de la politique scientifique pour la période 2005-2008
I.3 DECLARATION DE LA POLITIQUE SCIENTIFIQUE POUR LA PERIODE 20052008
Les projets des équipes, brièvement décrits ci-après, s’inscrivent, pour la plupart, dans
la poursuite des actions déjà amorcées. En revanche, un certain nombre d’inflexions seront
engagées afin de favoriser le renforcement des axes scientifiques du laboratoire, et de
rechercher une meilleure complémentarité avec la communauté scientifique.
Indiquons que pour la préparation de ce document, le laboratoire a organisé une journée
« Projets » au cours de laquelle chaque équipe a présenté ses perspectives de recherche le
25 septembre 2003.
Renforcer les axes scientifiques du laboratoire et leur complémentarité
Le lancement de l’opération Nanochrome qui vient de se traduire par le recrutement de
forces vives et qui implique de nouvelles expériences pilotées par les équipes AF et
COMETA doit être l’occasion de constituer un pôle fort autour de la thématique des
Condensats de Bose-Einstein et des gaz dégénérés avec une solide visibilité internationale.
En revanche, nous veillerons à ce que ces recherches soient complémentaires de celles de
nos collègues parisiens ou d’Orsay avec lesquels sera privilégié le développement de
collaborations étroites comme c’est déjà le cas.
Les équipes IOA et OCR qui ont une tradition de collaboration pourraient utilement
renforcer leur association compte tenu des projets évoqués où les interactions avec des
surfaces, éventuellement nanostructurées, comme les interactions de van der Waals – voire
la force de Casimir – sont déterminantes dans la description des phénomènes en jeu. A plus
long terme, ce type d’études pourrait également trouver des applications intéressantes en
relation avec les aspects de nanolithographie du projet Nanochrome.
La collaboration entre les équipes VUV et OCR sur le projet des lasers plastiques bleus
et celle entre les équipes VUV et AMIBES pour l’utilisation du rayonnement à 125 nm
pour la photoionisation de molécules d’intérêt biologiques devraient également connaître
une phase active de développement.
Favoriser une meilleure articulation de notre recherche avec celle de nos
collègues
Pour notre laboratoire qui est, avec le laboratoire de mathématiques (LAGA), le seul
laboratoire relevant du département SPM de l’université Paris 13, le développement de
programmes de recherche en commun avec des collègues situés ou non dans d’autres
champs disciplinaires permet de mener des actions scientifiques plus originales et souvent
plus ambitieuses.
Le laboratoire pilote ainsi 4 projets en association avec d’autres laboratoires. Ils sont
reportés en annexe de ce rapport.
3 projets participent à la demande de renouvellement de l’Institut Fédératif de recherche
Paris Nord Plaine de France.
« Etudes expérimentales et théoriques de systèmes modèles : molécules bioactives et
catalyse enzymatique » entre le LPL (équipe AMIBES) et le Laboratoire de Physicochimie
Biomoléculaire/Chimie Structurale et Spectroscopie Biomoléculaire (LPBC/CSSB, UMR
CNRS 7033, Bobigny) (chef de projet J.-P. Schermann).
« Diamant, polymères conducteurs et lasers. Hétéromatériaux organiques nanostructurés
pour une nouvelle génération de diodes électroluminescentes » entre le LPL (équipes VUV
et OCR), le Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux et des Hautes Pressions (LIMHP, UPR
1311) et le LBPS (B2OA, UMR CNRS 7052) (chef de projet M.-C. Castex).
« Atomes, nanofilms et nanostructures » entre le LPL (équipe IOA), le LIMHP, UPR
1311 et le Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux
(LPMTM, UPR 9001) (chef de projet J. Robert).
Le 4ème projet est un programme pluri-formation intitulé « Réseau de fibres optiques
pour la métrologie de constantes fondamentales » entre le LPL (équipe HOTES), le LKB et
le SYRTE (chef de projet C. Chardonnet).
Aujourd’hui, nous ne connaissons pas la suite qui sera donnée à ces différentes
demandes. Elles constituent pourtant un complément indispensable au projet du laboratoire
qui, si elles sont honorées, ne pourra que s’en trouver renforcé sur le plan de son ouverture
interdisciplinaire.
Implication internationale
Dans le même esprit, un effort particulier sera fait pour que les équipes du laboratoire
s’inscrivent dans des programmes de l’Union Européenne malgré la complexité sans cesse
croissante des appels d’offres. La priorité sera mise sur une demande de reconnaissance du
laboratoire comme centre d’accueil pour des boursiers européens (bourses Marie Curie),
qu’ils soient doctorants ou postdoctorants. Au delà, de l’Europe, l’implication
internationale du laboratoire sera bien entendu poursuivie et encouragée. En particulier,
nous allons à nouveau proposer de piloter une Action prioritaire Russie dans le cadre du
renouvellement de ce contrat, la collaboration avec nos collègues russes étant un véritable
atout.
En conclusion
Les équipes du laboratoire ont tracé des perspectives qui, nous semble-t-il, sont à la fois
réalistes et ambitieuses voire même parfois audacieuses. Ces projets sont pour beaucoup
d’entre eux conditionnés à l’obtention de financements conséquents et il sera déterminant
que les équipes trouvent des voies contractuelles pour la réalisation de leur projet. Mais
avant cela, notre demande de renouvellement de la reconnaissance de notre laboratoire
comme unité mixte de recherche entre le C.N.R.S. et l’université Paris 13 représente un
préalable indispensable.
Ce nouveau contrat sera aussi l’occasion d’opérer un changement de direction. En effet,
après avoir été directeur adjoint du laboratoire pendant 3 ans et demi puis directeur pendant
7 années, Christian Chardonnet a souhaité passer le relais. Charles Desfrançois, directeur
de recherche au CNRS et responsable de l’équipe AMIBES, a accepté de prendre la
succession et d’être le porteur de ce projet de laboratoire. Lors de la journée « projets » du
25 septembre, l’ensemble du laboratoire a eu l’occasion de discuter avec le candidatdirecteur sur ses intentions et sa vision du laboratoire pendant plus de deux heures. Le 9
octobre 2003, après un nouveau temps de discussion, le Conseil de Laboratoire a émis, à
l’issue d’un vote à bulletin secret, un avis favorable unanime à sa nomination en tant que
directeur par nos autorités de tutelle.
Dans la perspective d’une prise de fonction au 1er janvier 2005, l’année 2004 sera mise
à profit pour assurer un passage de témoin le plus efficace possible.
Christian Chardonnet et Charles Desfrançois
Projets scientifiques des équipes
Atomes froids. Applications à la métrologie et à l’interferométrie atomique - AF
I.3.1
I.3.1.A Atomes froids. Applications à la métrologie et à l’interferométrie atomique AF
Responsable :
J-C. Keller (Professeur des Universités).
R. Barbé (Professeur des Universités),
O. Gorceix (Professeur des Universités),
B. Laburthe (Chargé de Recherche, au 1er octobre 2003),
L. Vernac (Maître de Conférence, au 1er septembre 2003),
E. Maréchal (Ingénieur de Recherche CNRS, au 1er décembre
2003),
Equipe COMETA.
I.3.1.A.1 Le projet « NANOCHROME »
a) Présentation générale du projet :
La possibilité de contrôler la matière à l’échelle du nanomètre ouvre d’immenses
possibilités dans du point de vue de la science fondamentale que des applications
technologiques. C’est dans ce contexte de l’émergence des nanotechnologies que se situe
le projet NANOCHROME déposé en 2001 par le Laboratoire de Physique des Lasers, dans
le cadre de l’élaboration du Contrat de Plan Etat-Région (CPER). Nous y proposons de
mettre à profit le savoir-faire acquis par différentes équipes du LPL (« Interférométrie et
Optique Atomique », « COMETA », « Optique Cohérente à Résonance » et « Atomes
Froids ») en optique atomique et en interférométrie atomique pour mettre en œuvre des
procédés originaux de fabrication d’objets à l’échelle de quelques nanomètres. Le cœur du
projet est la réalisation d’un condensat de Bose-Einstein d’atomes de chrome et son
utilisation pour fabriquer des dépôts de chrome nanostructurés. L’équipe « Atomes
Froids » du LPL est chargée de cette partie du projet. L’imagerie magnétique,
l’holographie atomique ainsi qu’un procédé d’interférométrie atomique seront les
modalités d’obtention des nanostructures.
Après constitution d’un comité de pilotage, qui s’est réuni pour la première fois en juin
2002, le projet a reçu, à la fin de l’année 2002 puis en 2003, un début de financement dans
le cadre du CPER. Ce projet a également fait l’objet d’un contrat, signé en mars 2003, avec
la région Ile-de-France dans le cadre de la procédure « SESAME ».
Dès le mois d’octobre 2003, le potentiel humain de l’équipe sera considérablement
renforcé grâce à l’arrivée d’un Chargé de Recherche CNRS, Bruno Laburthe, d’un Maître
de Conférences, Laurent Vernac (poste créé) et au recrutement d’un Ingénieur de
Recherche CNRS, Etienne Maréchal (1er décembre 2003).
b) Gaz dégénérés d’atomes de chrome
Dans le cadre du projet « Nanochrome », il s’agit de développer de nouvelles
expériences de physique des atomes ultra-froids au Laboratoire de Physique des Lasers
(LPL). Le cadre général du projet est d’étudier l’impact du caractère quantique des
nouvelles sources atomiques dégénérées dans le domaine de l’optique atomique et de ses
applications
Dans le volet « chrome » du projet, nous nous proposons d’atteindre à terme la
condensation de Bose-Einstein de l’isotope bosonique 52Cr du chrome et d’atteindre le
régime de dégénérescence quantique pour l’isotope fermionique 53Cr. Il s’agit là de deux
premières scientifiques de grande importance ; rappelons que la condensation de Bose n’a
jamais été obtenue pour un élément de transition. Les seuls éléments ayant été condensé à
ce jour sont des alcalins, l’hydrogène et l’hélium métastable. Dans notre projet, les gaz
quantiques de chrome seront utilisés dans diverses expériences de physique allant de la
formation de nano-dépôts à l’étude de transitions de phase quantique.
Pour commencer, rappelons quelques propriétés du chrome qui ont motivé son choix.
La proportion de l’isotope fermionique (environ 10 %) est élevée or cette propriété est
exceptionnelle pour un élément manipulable par les techniques de refroidissement laser. La
disponibilité de gaz dégénérés de fermions est un enjeu scientifique de tout premier ordre
et l’enrichissement de la famille, qui ne comporte à ce jour que deux éléments, par un
nouveau membre élargira le champ des études possibles (physique du solide dilué avec
paramètres ajustables, formation de paires de Cooper, …). Le même type d’argument peut,
du reste, être utilisé pour l’isotope bosonique : à nouvel élément, nouvelles possibilités.
Parmi les caractéristiques nouvelles du chrome (par rapport par exemple au rubidium plus
facile à condenser), citons l’importance des interactions dipôle-dipôle magnétiques qui
l’emporteront sur les interactions de van der Waals pour ce qui concerne les propriétés
collisionnelles à ultra-basse température. Ces interactions sont particulièrement
importantes pour l’isotope bosonique dont le moment magnétique vaut 6 µB ; ces
interactions étant anisotropes et à longue portée, le condensat obtenu aura des propriétés
qualitativement distinctes de celles des condensats alcalins ainsi que l’ont montré de
nombreuses études théoriques.
La passivation du chrome à l’air rend plus praticable l’étude de nanodépôts et c’est cet
aspect sur lequel nous avions insisté précédemment. Également favorable, car multipliant
les voies d’évitement de collisions éventuellement défavorables, est l’existence d’un état
métastable peu excité. Parmi les défauts, ou à tout le moins les difficultés techniques,
citons une température de fusion élevée et une résonance optique dans le bleu. Parmi les
caractéristiques à double tranchant ou indécises, citons la structure électronique qui ne
facilite pas les calculs ab initio des propriétés collisionnelles mais laisse présager des
propriétés largement accordables.
Ce projet de recherche s’inscrit dans le développement récent du domaine des gaz
quantiques puisque nous proposons à moyen terme de manipuler un élément possédant
deux isotopes en proportions notables l’un bosonique et l’autre fermionique et dont les
propriétés collisionnelles sont vraisemblablement très riches. Parmi les thèmes actuels
d’intérêt théorique, rappelons la possibilité de réaliser une transition BCS à « haute
température » pour un gaz de fermions et les propositions nombreuses et variées de
manipulation de cohérences quantiques et d’études de physique du solide par transfert du
gaz dégénéré dans un réseau optique.
1 Programme de travail 2003 :
Au cours du premier semestre de l’année civile 2003 :
Les travaux d’installation de la nouvelle salle d’expérience, d’une superficie de 65
m2 plus 25 m2 de mezzanine, ont été lancés. L’achèvement de l’ensemble des travaux
(maçonnerie, électricité, climatisation, peintures, …) est prévu pour la fin du mois de
septembre 2003 ;
Une partie des commandes de matériels scientifiques a été effectuée (table optique,
sources lasers, vide, etc.).
Les autres commandes autorisées par les moyens financiers disponibles (essentiellement
le four à chrome et une partie des composants optiques) seront lancées prochainement.
Les délais imposés par les travaux d’infrastructure et les délais de livraison des
matériels commandés seront mis à profit pour affiner les plans du montage et les choix des
procédures expérimentales ainsi que pour mieux définir les objectifs scientifiques à moyen
et long termes.
Le montage proprement dit de l’expérience sur le chrome devrait débuter dès le mois
d’octobre 2003. Une première phase dont la durée est estimée à six mois (cinq personnes à
temps plein), comportera les nombreuses étapes obligées de ce type d’expériences, à
savoir :
la mise en œuvre des sources lasers et des procédures nécessaires au ralentissement,
au refroidissement et au piégeage magnéto-optique des atomes de chrome (une
source laser intense à 425 nm, et deux repompeurs émettant dans le rouge vers 650
nm) ;
le montage d’une enceinte et d’un four pour réaliser le jet de chrome, et de la
chambre d’expérience ;
la mise en place d’un ralentisseur Zeeman pour ralentir ce jet ;
la mise en œuvre d’un piège magnéto-optique pouvant opérer avec chacun des deux
isotopes ;
les procédures de détection et d’imagerie des nuages d’atomes froids.
Compte tenu des résultats obtenus dans des expériences similaires (voir paragraphe
suivant), il est raisonnable de viser à ce stade la capture de cent millions d’atomes à une
température de l’ordre de 100 µK.
A chacune des étapes de la liste ci-dessus, il conviendra bien entendu de caractériser les
dispositifs mis en place et d’optimiser leur fonctionnement.
Jusqu’à ce point, le risque d’échec est limité sachant que deux groupes ont par le passé
réalisé ce type d’expériences : un groupe, celui de Mc Clelland travaille à l’institut de
métrologie des Etats-Unis (NIST, Gaithersburg) et l’autre, celui de T. Pfau travaille à
l’Université de Stuttgart. Le moment est venu d’une présentation de l’état de l’art et de la
concurrence sur ce sujet. Les performances obtenues par les deux groupes cités dans le
piégeage magnéto-optique sont les suivantes : selon les procédures, de 106 à 108 atomes
sont piégés à une température de l’ordre de 100 µK avec une densité de l’ordre de 1010 cm3
. Ces données sont reprises de publications de 2000 et 2001. La densité dans l’espace des
phases étant de l’ordre de 10-7 , le refroidissement évaporatif selon la modalité standard
(piégeage magnétique et couteau RF) a été mis en œuvre par le groupe de Stuttgart. Des
taux de collisions inélastiques très élevés dus à la relaxation dipolaire n’ont pas permis
l’obtention de la condensation de Bose et ce malgré diverses tentatives de modification des
paramètres expérimentaux ou des procédures. Ce groupe a lancé au cours de l’année 2001
une opération visant au refroidissement sympathique avec du rubidium comme réfrigérant.
Le groupe du NIST a tourné sa recherche vers une autre direction : celle de la manipulation
d’atomes uniques. Pour être complet, citons la voie alternative explorée par le groupe de J.
Doyle à Harvard. Des atomes de chrome sont créés par ablation laser et ils sont piégés
magnétiquement à une température de l’ordre du Kelvin par la méthode du gaz tampon
(hélium cryogénique). Le gaz est ensuite refroidi adiabatiquement et évaporativement
jusqu’à environ 10 mK. A cette température, les atomes ne sont pas dans le régime ultrafroids et de nombreuses ondes partielles participent à l’accroissement de la part des
collisions inélastiques (cf. article 2002 de ce groupe à Physical Review A). Même si les
perspectives de cette méthode ne sont pas claires, il apparaît que les difficultés rencontrées
loin du but ont découragé cette équipe de poursuivre cet axe de recherche. En résumé, le
groupe de Stuttgart semble le seul à réellement poursuivre une recherche expérimentale
tendant à la condensation du chrome.
2 Perspectives à moyen terme :
Compte tenu des résultats de l’expérience de Stuttgart, une des possibilités proposées
précédemment pour aller vers la condensation dans un micro-piège magnétique doit être
abandonnée. Les valeurs élevées des sections efficaces de collisions inélastiques mesurées
par nos collègues annulent les chances de succès par cette voie qui est une variante de la
voie classique par piégeage magnétique. De ce fait, la phase ultérieure de travail consistera
à transférer le nuage d’atomes froids de chrome du piège magnéto-optique vers un piège
optique constitué d’un faisceau laser CO2 très focalisé. Le but est de placer l’atome dans
l’état de spin le plus bas ce qui interdit les collisions inélastiques et ne laisse comme
processus nocif que les recombinaisons à 3 corps (processus dont le taux est inconnu à ce
jour). Là encore, la réalisation de ce transfert devra être réalisée et caractérisée pour chaque
isotope. La mise en place d’un système de sustentation magnétique visant à compenser
l’effet de la gravité permettra l’abaissement de la profondeur du piège optique sans perte
des atomes. Un système de réglage du champ magnétique de décalage permettra le contrôle
du champ au niveau du piège aux fins d’études des résonances de collisions froides
appelées résonances de collisions (ou résonances Feshbach).
Deux types d’expériences complémentaires seront alors réalisés pour les deux espèces :
l’étude des résonances Feshbach ;
le refroidissement évaporatif tout optique visant à la transition vers la
dégénérescence.
L’enjeu des résonances de collisions est de permettre le passage du régime classique au
régime quantique mais aussi, une fois celui-ci atteint, le contrôle du champ moyen dans le
condensat. Ce contrôle peut s’avérer décisif dans le succès d’expériences ultérieures.
À terme et en fonction des résultats obtenus en cours d’étude, ces expériences seront ou
devront être étendues à des mélanges de sous-niveaux ou même d’isotopes. La voie du
refroidissement sympathique pourra également être explorée. Insistons sur la versatilité des
procédés de piégeage optique dans un laser CO2. Du reste, la réalisation récente de la
condensation du césium par le groupe de Rudi Grimm à Innsbruck (professeur invité à
Paris 13 cette année) et les travaux de John Thomas à Durham sur l’isotope fermionique du
lithium montrent le caractère fécond de l’approche tout optique proposée ici. Rappelons
que cette voie a été initiée par Michael Chapman (Atlanta) qui a réalisé la première
condensation tout optique du rubidium.
Enfin, nous ne manquerons pas d’utiliser, le cas échéant, les outils d’optique atomique
magnétique pulsée que nous avons développé sur le césium dans cette nouvelle expérience.
L’idée est ici de modifier la densité atomique d’un nuage ultra-froid de façon adiabatique
au moyen de lentilles temporelles. La densité atomique est modifiée de façon contrôlée
afin d’améliorer l’efficacité des processus d’évaporation. Dans le même esprit, les
méthodes de manipulation des cohérences de spin que nous avons récemment développées
au LPL, pourront s’avérer fructueuses dans des expériences ultérieures portant sur des
nano-manipulations de gaz dégénérés de haut spin. La voie d’études de la formation de
molécules froides homo-nucléaires ou hétéro-nucléaires (deux isotopes) par
photoionisation sera explorée.
Dans le cadre de ce projet, nous comptons développer des collaborations avec plusieurs
groupes étrangers. Ainsi, du côté expérimental, les groupes de T. Pfau (Stuttgart), de
R. Grimm (à Innsbruck), de J. Reichel (à Munich) et, du côté théorique, C. Amiot (Orsay),
G. Pichler (Zagreb), M. Olshanii (Los Angeles), K. Mølmer (Aarhus) et K.-A. Suominen
(Helsinki) ont déjà été ou seront prochainement contactés. Plusieurs des personnes citées
ont du reste déjà été invitées au LPL au titre de Professeur Invité. C’est en fonction de
l’évolution du projet, de l’évolution du domaine et des développements théoriques que
seront choisies les expériences que nous réaliserons au-delà de 2004 (parmi les nombreuses
possibilités listées ci-dessus).
Responsable :
Doctorant :
J. Robert (Professeur des Universités).
C. Mainos, F. Perales, G. Vassilev (Maîtres de Conférences),
J. Baudon (Professeur Emérite),
J. Reinhardt (Professeur des Universités, chercheur bénévole),
J-C. Karam (Allocataire MENRT depuis septembre 2001),
Equipe OCR, M. Ducloy et D. Bloch.
I.3.1.B.1 Interférométrie Stern Gerlach
Nous allons continuer la recherche de la taille limite réalisable pour le spot (ou le creux)
central. Pour cela il faudra augmenter le gradient du champ magnétique tout en conservant
un alignement adéquat entre l’axe du jet et la ligne de zéro du champ magnétique. Sinon à
mesure que croît la gradient la figure est déplacée hors du champ du détecteur. Il nous
faudra aussi une meilleure résolution spatiale du détecteur à position, si possible inférieure
au micron. Nous allons aussi étudier une configuration de champ magnétique qui permet
de restreindre la figure d’interférence à un seul spot central. Lorsque les tests seront
concluants nous graverons des substrats pour tester les applications à la lithographie
atomique.
Il nous faudra aussi mieux contrôler les caractéristiques du jet, améliorer sa cohérence
transverse à l’aide d’une mélasse ou d’un trappe 2D. Quant à la cohérence longitudinale, le
refroidissement permet bien sûr de diminuer le pas des franges, cependant on devient alors
bien plus sensible à d’autres effets comme ceux de la gravité que l’on pourra soit
compenser soit étudier. Il est aussi possible d’envisager l’étude de la diffraction en régime
d’interférométrie Stern Gerlach et par la disparition progressive de la figure d’interférence,
le passage d’un champ « proche » à un champ « lointain ».
Avec cette méthode d’imagerie qui nous permet une compréhension très affinée des
phénomènes mis en jeu nous allons aussi reprendre, mais de manière quantitative grâce au
fort flux atomique, les études de phases géométriques et les profils de champs comobiles
avec un atome de spin 2.
I.3.1.B.2 Interactions de van der Waals
Du point de vue théorique de nombreux systèmes restent à étudier, grâce à l’efficacité et
la rapidité de la méthode des modes propres. Un pas supplémentaire important à franchir
consistera à étudier l’interaction de surfaces avec des atomes excités (collaboration avec
M. Ducloy et Klimov) ce qui établirait un pont avec les études expérimentales dans
lesquelles des atomes métastables sont utilisés. Enfin généraliser la méthode en y incluant
les effets de retard constituerait un progrès décisif dans la mesure où la prédiction de ces
effets en présence de surfaces nano-structurées serait un atout majeur dans la mise au point
d’expériences destinées à les mettre en évidence.
Du point de vue expérimental l’utilisation de lasers doit permettre une analyse fine des
atomes produits. En particulier on peut montrer que l’interaction de van der Waals produit,
dans le processus direct, des atomes polarisés en spin Ar*(3P2,M=0), l’axe de référence étant
la normale à la surface. A plus long terme il est prévu d’utiliser des faisceaux
transversalement cohérents, pour observer la diffraction par le réseau (élastique et surtout
inélastique). A partir des diffractions inélastiques, exo- et endothermique, on peut imaginer
un type nouveau d’interféromètre atomique à bras séparés, englobant une aire importante
(plusieurs mm2) qui présente un intérêt évident pour l’accélérométrie.
I.3.1.B.3 Extension à d’autres espèces
Nous avons commencé, en collaboration avec le groupe de Perugia, à étendre
l’interférométrie Stern Gerlach à des espèces moléculaires. Avec Gabriel Rahmat du LAC
nous avons développé une réflexion sur les systèmes corrélés, qui l’a mené à concevoir une
expérience apte à produire des paires d’atomes métastables d’hydrogène actuellement en
cours de réalisation. Nous comptons tenter ensuite des configurations expérimentales déjà
étudiées en optique quantique. Si nous en avons les moyens, nous envisageons de réaliser
avec les atomes métastables d’hélium, un interféromètre de Stern Gerlach à bras largement
séparés pour réaliser enfin l’expérience de pensée qui figure dans les manuels de
mécanique quantique. Une autre voie plus prospective et difficile est celle de la réalisation
d’un interféromètre de Stern Gerlach avec des ions ou des électrons en collaboration avec
F. Hasselbach qui a déjà réalisé un interferomètre ionique avec l’ion He+. Des propositions
théoriques récentes viennent de vivifier cette voie de recherche considérée pendant
longtemps impraticable. Ce type d’interférométrie apporterait un nouvel outil aux
microscopistes et aux nanograveurs.
Responsables :
Doctorant :
D. Bloch, M. Ducloy (Directeurs de Recherche, CNRS).
M. Fichet (Professeur des Universités),
A. Fischer (Maître de Conférence),
M.-P. Gorza (Maître de Conférence).
I. Hamdi (Allocataire MJENR, depuis septembre 2002).
Les perspectives offertes pour les études atome-surface par l'introduction des cellules
extrêmement minces sont nombreuses. Ont déjà été évoquées la résolution spatiale, voire la
possibilité de tester effectivement la dépendance en 1/z3 dans un domaine de distance
jusqu'ici inaccessible, ainsi que la recherche d'états exotiques, à une très courte distance de
la paroi, résultant d'un croisement de niveaux. Cette recherche d'états exotiques peut
devenir grandement facilitée par les très faibles épaisseurs qui deviennent accessibles (50
nm). Plus généralement, il devient envisageable de traiter par une approche assez simple de
spectroscopie en phase vapeur des problèmes d'électrodynamique quantique dans une
cavité à deux parois : parmi les effets spécifiques attendus, on doit mentionner les effets
d'images multiples, particulièrement intéressants dans le contexte d'une résonance avec la
surface, qui jouent à la fois sur les effets de déplacement, et sur les taux de désexcitation. Il
existe également une possibilité de principe de confiner un atome dans le potentiel répulsif
induit par chacune des parois. Ce potentiel peut correspondre soit à l'interaction de surface
–sous réserve d'un élargissement par le transfert réel via un mode de surface-, soit à une
répulsion induite par des ondes évanescentes auxiliaires.
Les effets d'excitation thermique près de la surface concernent des problèmes liés aux
modalités de champ proche du "rayonnement" thermique, dont les propriétés relativement
inattendues sont mises en évidence dans des travaux très actuels (e.g. Greffet et al.). La
mise en évidence des effets induits par ce peuplement thermique des modes de surface, sur
un système quantique aussi simple qu'un atome, paraît donc d'une grande actualité. Ce
problème du couplage entre champ thermique et atome concerne aussi bien le
réchauffement à distance d'atomes froids, que les problèmes de déposition d'atomes
(lithographie atomique par exemple), ou de chimie près d'une surface (réactivité spécifique
à une échelle nanométrique). Un de nos objectifs majeurs est donc, après les travaux
préliminaires décrits ci-dessus, l'étude expérimentale détaillée de l'interaction de surface
sur un niveau tel que Cs(8P). Ceci doit inclure les développements théoriques
correspondants, puisque la théorie de l'électrodynamique quantique en cavité à température
non nulle n'a fait l'objet que de travaux parcellaires. Ici aussi, l'étude des cellules ultraminces de vapeur peut offrir des perspectives intéressantes, car il est vraisemblable (par
analogie par exemple avec ce qui apparaît dans les récentes études sur les corrections de
l'effet Casimir), que les deux parois de la cavité sont susceptibles d'introduire spatialement
une fréquence de coupure à l'excitation thermique. Ceci conduirait à des différences de
principe entre expériences de réflexion à l'interface avec une vapeur macroscopique, et une
cellule extrêmement mince.
Le problème du confinement induit par une cellule extrêmement mince pourrait avoir
des effets plus généraux que ceux directement liés à l'interaction atome-surface. En
particulier, il est théoriquement prévu (e.g. Ninham et al.) que les potentiels
interatomiques, qui gouvernent les collisions atome-atome, soient modifiés par la présence
d'une paroi à des distances plus courtes que les longueurs d'onde pertinentes pour décrire
les mécanismes collisionnels. Ces effets devraient être observables, notamment aux
densités atomiques relativement élevées imposées en cellule mince par les contraintes de
sensibilité. A terme, nous envisageons d'explorer des confinements d'atomes en phase
vapeur plus forts que le confinement unidimensionnel actuellement réalisé par les cellules
minces, en particulier pour y rechercher dans un premier temps un éventuel rétrécissement
du type Dicke. Nous pensons notamment nous intéresser au comportement d'une vapeur
atomique ou moléculaire emprisonnée dans une nano-poudre (détection éventuelle par la
diffusion optique), ou dans une fibre creuse, voire plus généralement dans une structure
photonique. Nous pensons que ce type d'orientation ne pourra qu'interférer
constructivement avec les technologies de mise en oeuvre des polymères pour l'opération
"laser plastique bleu".
Sur un plan plus appliqué de spectroscopie, nous comptons explorer l'intérêt de la
réponse linéaire sub-Doppler propre à la transmission en cellule mince au cas de transitions
moléculaires difficiles à saturer, et pour lesquelles l'observation de signaux d'absorption
saturée reste difficile, notamment pour les composantes les plus faibles. Des contacts sont
en cours avec le Laboratoire européen "LENS" (Florence), pour comparer sur CO2 , dans
la gamme 4,3 µm, les mérites respectifs des deux techniques.
Compte tenu de notre expérience dans des travaux théoriques de Physique Atomique
qui prennent en compte (pour l'interaction avec la surface) des problèmes de symétrie, et
de notre familiarité avec la détection sensible de signaux faibles, nous comptons également
explorer diverses possibilités offertes par les transitions quadrupolaires électriques (raie
6S-5D de Cs notamment). Il semble que l'essentiel des travaux en ce domaine n'aient traité
les raies quadrupolaires que comme des transitions particulièrement faibles, sans se
préoccuper de propriétés éventuelles qui seraient plus spécifiques. Notre démarche actuelle
s'intéresse tant aux problèmes de l'excitation transitoire du quadrupole optique
(spectroscopie près des surfaces), qu'au couplage de telles transitions avec des faisceaux
optiques porteurs de moment orbital.
Enfin, en ce qui concerne l'activité "polymère", il est prévu à court terme de mesurer le
gain optique des échantillons électroluminescents en présence d'une excitation électrique
continue, éventuellement modulée. Ceci permettrait d'évaluer la géométrie la mieux
adaptée (géométrie "verticale", ou longitudinale) pour réaliser un laser polymère à
pompage électrique. A terme, et sous réserve des difficultés pratiques de réalisation, il
serait évidemment très intéressant d'appliquer les techniques de microstructuration
développées actuellement pour les polymères en pompage optique, au cas du pompage
électrique.
Responsable :
Doctorants :
Collaborations internes :
V. Lorent (Professeur des universités).
H. Perrin (CR1 CNRS)
B. Mercier (IR CNRS, mutation au 1er janvier 2004).
Y. Colombe (Allocataire MENRT, depuis septembre 2000),
O. Morizot (Allocataire MJENR, depuis septembre 2003),
E. Knyazchyan (Bouse du CG 93, depuis sptembre 2003),
M. Ducloy (Equipe OCR),
J-C. Keller et O. Gorceix (Equipe AF).
I.3.1.D.1 Gaz 2D
a) Piège magnétique habillé
Dans la continuation du projet de condensation à deux dimensions nous consacrerons
six mois à l’analyse et la caractérisation de l’occupation du piège magnétique habillé. Le
caractère très anisotrope de ce piège permet l’obtention de la dégénérescence quantique à
2D
deux dimensions pour un nombre substantiel d’atomes. Le critère étant : N << N BEC
où
2D
N BEC
=γ
ν z3/ 2
ν xν y
avec γ = 800 s -1/2
Nous transférerons ensuite le condensat 2D dans le ventre d’une onde stationnaire de
profil transverse gaussien produite par un laser Nd :Yag à 1064 nm. Ce potentiel dipolaire
très désaccordé vers le rouge est beaucoup plus conservatif que le précédent. Il a également
l’avantage de présenter une symétrie cylindrique permettant d’observer le mode
d’oscillation fondamental du condensat à la fréquence 2 ω o où ω o est la fréquence
d’oscillation d’un potentiel harmonique de confinement dans le plan du piège dipolaire. Ce
mode d’oscillation, dit mode de Pitaevskii, a la propriété unique d’avoir une fréquence
d’oscillation indépendante de l’amplitude d’excitation de ce mode. Cette propriété est
propre au gaz 2D et son observation constitue donc un test de vérification de la
dégénérescence quantique dans cette dimension.
b) Réalisation du piégeage évanescent
Le montage expérimental a été initialement prévu avec un prisme multicouche installé
dans la cellule où se réalise la condensation de Bose. Le dépôt multicouche servant à
exalter les ondes évanescentes produisant le piège dipolaire. La couche supérieure est
réalisée en TiO2 de 400 nm d’épaisseur sert de guide d’onde optique : les parties
évanescentes des modes couplés dans ce guide réalisent le piège dipolaire évanescent.
L’avantage de ce procédé est d’obtenir des champs évanescents exaltés par rapport au
champ évanescent obtenu par réflexion totale interne dans un diélectrique. Nos premiers
tests utilisant un champ évanescent bleu pour faire rebondir le condensat sur ce potentiel se
sont avérés peu encourageants : le nuage d’atomes réfléchi est beaucoup plus étendu par
rapport à une expansion balistique normale. L’explication de ce phénomène réside dans la
diffusion des photons par les irrégularités de surface du guide d’onde. Nous avons le projet
de pallier cela en réalisant un guidage d’onde évanescent moins exigeant : une couche de
SiO2 de 50 nm d’épaisseur sera déposée sur un prisme d’indice n=1,5 en utilisant du
fluorure de magnésium comme matériau de la couche en sandwich. Malgré la faible
différence d’indice entre ces milieux, ( nMgF2 = 1,38 , nSiO2 = 1, 46 ), un couplage par champ
évanescent est possible pour la fréquence bleue à 778 nm. L’avantage de ce procédé serait
alors d’utiliser le champ laser désaccordé vers le rouge à 1064 nm en réflexion frustrée
pour produire le champ évanescent rouge et le mode couplé dans le guide d’onde pour le
champ évanescent bleu. La différence d’indice entre la silice et le vide donne une
décroissance exponentielle du champ évanescent bleu moins prononcée que celle qui
obtenue avec un guide d’onde en rutile ( n TiO2 = 2, 3 ) : les atomes sont arrêtés à une
distance plus éloignée de la surface diélectrique et sont moins sensibles à l’interaction avec
la surface.
Auparavant, nous réaliserons les champs évanescents par réflexion totale interne dans
un diélectrique superpoli. Une nouvelle cuve UHV, dont le fond est en silice de haute
qualité, est en cours de réalisation. Les champs évanescents seront produits par réflexion
totale interne des faisceaux lasers à travers un prisme extérieur collé au fond de cette
cellule. Ceci permettra de diminuer de manière considérable les réflexions de lumière
parasite dans l’environnement du nuage atomique.
I.3.1.D.2 Holographie atomique – nouveau montage
Faisceau laser désaccordé vers le rouge.
Répartition d’intensité I ( x, y ) = I O [1 − ( x 2 + y 2 ) / R 2 ]
Condensat piégé
Surface équiphase
de l’onde atomique
avant l’impulsion
lumineuse
Surface équiphase
après l’impulsion
Condensat focalisé
Fig. 35 Vers un condensat focalisé…
Le projet d’holographie atomique avec un condensat de rubidium est l’un des volets de
l’opération « Nanochrome », projet inscrit dans un contrat de plan Etat-Région. Ce projet
bénéficie également du soutien du Conseil Régional d’Ile de France par une opération
Sésame.
Notre projet consiste à explorer expérimentalement les limites ultimes de définition
d’un motif gravé sur un substrat par nanodéposition d’atomes provenant d’un condensat.
h
: la longueur d’onde
mv
associée au déplacement de la particule est inversement proportionnelle à sa vitesse.
Dans le cas d’un atome de rubidium initialement immobile dans sa phase condensée
et après une hauteur de chute de 1 mètre, λdb est égal à 1 nanomètre.
La limite fondamentale « idéale » est donnée par λdb =
La limite physique est imposée par la nature du condensat. En effet si ce nouvel état
de la matière traduit bien que le système est à son minimum d’énergie (ce qui
correspond au zéro absolu dans l’échelle de température), les interactions entre les
atomes produisent néanmoins un effet répulsif élargissant le nuage condensé.
La limite expérimentale est imposée par les lois de l’optique : la taille de l’image est
limitée par la diffraction : λdb f / D où f est la focale de l’optique et D le diamètre
du nuage d’atomes condensés.
Avant de réaliser un dispositif holographique autorisant une transformation élaborée du
front d’onde atomique, une première étape consiste à s’interroger sur la taille minimale
d’un faisceau atomique cohérent focalisé. Pour cela, nous proposons de réaliser une lentille
à atome en utilisant une impulsion lumineuse. En effet, un faisceau gaussien TEM0,0
désaccordé en dessous de la fréquence atomique imprime sur le condensat une phase
analogue au déphasage produit par une lentille sphérique sur une onde plane optique.
L’expérience envisagée consiste à lâcher le condensat, initialement confiné dans un piège
magnétique, et à appliquer une impulsion d’un laser aligné avec l’axe de chute pendant un
temps court. Selon les dimensions du point focal obtenu, les méthodes traditionnelles
d’imagerie par absorption, largement répandues dans les expériences de condensation,
pourront s’avérer insuffisantes. C’est pourquoi nous proposons de déterminer la taille du
nuage focalisé par des méthodes de lithographie1.
Dans un deuxième temps, des hologrammes de synthèse permettant de graver des motifs
plus élaborés seront exposés par le condensat. L’élaboration des hologrammes sera faite en
collaboration avec le LPMTM (Laboratoire des propriétés mécaniques et
thermodynamiques des matériaux) de l’Université Paris13. Nous bénéficierons également
de l’instrumentation de ce laboratoire en microscopie électronique et de champ proche
pour l'examen des substrats gravés.
Dans l’esprit de ce projet, nous réalisons un nouveau montage compact de condensation
du 87Rb ne nécessitant qu’un seul piège magnéto-optique. Nous étudions également la
possibilité de condenser l’isotope 85 du rubidium afin de bénéficier des résonances de
Feshbach pour modifier l’interaction de champ moyen.
Programme de travail – perspectives indicatives
2003 :
montage de l’enceinte à vide, construction du piège magnéto-optique
(PMO) de rubidium, caractérisation du vide par des mesures de durée de
vie des atomes piégés dans le PMO.
2004 :
montage de l’expérience de condensation, obtention du condensat de
rubidium, réalisation d’une lentille et imagerie par absorption.
2005-06 : montage complémentaire pour la lithographie, expériences de gravure de
SAM par dépôts d’atomes. Construction et mise en place d’hologrammes
de synthèse.
1 Les techniques appropriées aux alcalins et expérimentées sur le césium par les groupes de D. Meschede (Bonn)
et M. Prentiss (Harvard) utilisent des monocouches auto-assemblées (SAM pour self-assembled monolayers)
de molécules organiques.
I.3.1.E Horloges optiques et tests fondamentaux par spectroscopie et interferometrie
atomique et moleculaire – HOTES
Responsables :
Doctorants :
C. Chardonnet et Ch.J. Bordé (Directeurs de Recherche, CNRS).
A. Amy-Klein, C. Daussy, F. Du Burck (Maîtres de
Conférences), O. Lopez (IE, CNRS, à temps partiel).
C. Grain (Allocataire MENRT, depuis septembre 2000),
M. Guinet (Allocataire MJENR, depuis septembre 2003).
I.3.1.E.1 Recherche d’un effet de variation temporelle de constantes fondamentales
Le développement des lasers femtosecondes pour la métrologie des fréquences rend
possible de façon beaucoup plus simple la comparaison directe de deux fréquences
quelconques situées entre le domaine des radiofréquences et l’ultraviolet. C’est là où se
situe la révolution apportée par ces nouveaux outils.
Une comparaison de fréquences est formellement la mesure du rapport de ces
fréquences. Un tel rapport fait intervenir un jeu de constantes fondamentales et il dépend
des systèmes physiques impliqués dans la comparaison. Les théories qui se situent au-delà
du modèle standard, notamment les théories des supercordes, et les théories de grande
unification prévoient toutes que les constantes usuelles ne sont pas stables dans le temps et
l’espace, ce qui doit se traduire par une variation des fréquences avec le temps. Par
exemple, on montre que la comparaison des fréquences de la transition hyperfine du
césium intervenant dans l’étalon primaire de temps-fréquence et de la transition
rovibrationnelle de la molécule SF6 permet de tester une éventuelle variation selon la
dépendance approchée :
δRCs SF
6
RCs SF6
= 2.83
δ (mq Λ QCD )
δα
+ 0.61
mq Λ QCD
α
où α est la constante de structure fine qui caractérise l’interaction électromagnétique,
mq, une masse d’un quark qui dépend de l’interaction faible et ΛQCD, le facteur d’échelle de
l’interaction forte. Dans le cadre des théories de grande unification, ces dépendances sont
couplées et il semble que les masses varieraient plus vite que α. Dans un tel cadre, on
aboutirait à une dépendance forte avec α :
δRCs SF
6
RCs SF6
≈ 25
δα
α
En effet, quelques papiers récents présentent des résultats d’observation contradictoires
quant à la possible variation de la constante de structure fine depuis l’origine de l’Univers.
Notre proposition est donc de mener une telle comparaison mettant en jeu des transitions
moléculaires comme celles mentionnées ci-dessus. Il est complémentaire des projets
mettant en jeu d’autres systèmes physiques comme l’expérience de la double fontaine
Cs/Rb développée au SYRTE.
Expérimentalement, nous pousserons la précision de la mesure de fréquence de SF6
actuellement située vers quelques 10-14 en améliorant les différents éléments de la chaîne
de mesure :
la connexion à l’oscillateur cryogénique à 1 GHz du SYRTE de très haute stabilité à
court terme (10-14 sur une seconde), lui même raccordé à la fontaine atomique
le lien optique où nous appliquerons une correction au bruit de phase
la synthèse de la fréquence directement utilisée pour le comptage du laser
femtoseconde
la qualité du signal de SF6 lui-même pour lequel nous chercherons à améliorer la
détection et accroître le flux moléculaire. Un gain du rapport S/B de 10 paraît
accessible.
Un effort comparable sera entrepris sur la transition de l’iode à 501,7nm qui fait
intervenir une transition électronique et donc d’autres relations des constantes
fondamentales.
Notons que si une variation des constantes était effectivement confirmée, c’est la notion
même de système international des unités physiques qui s’en trouverait remis en cause.
I.3.1.E.2 Violation de la parité dans les molécules chirales
Pour franchir un nouveau palier en sensibilité pour le test de violation de la parité, il est
nécessaire de réaliser l’expérience en jet moléculaire pour laquelle les effets collisionnels
et liés aux impuretés du gaz sont considérablement réduits. L’idée est donc d’adapter
l’expérience de franges de Ramsey à deux photons à ce projet. Avec le dispositif actuel
associé à un remplissage alterné des deux énantiomères de la molécule chirale choisie, on
peut, comme dans l’expérience avec les deux cavités Fabry-Perot jumelles, enregistrer de
façon quasi simultanée les spectres et en déduire un écart de fréquence éventuel.
On peut anticiper les avantages suivants :
gain de deux ordres de grandeur de la résolution
utilisation du même montage optique avec un contrôle strict de la géométrie
d’interaction, d’où une compensation très forte des effets systématiques
rôle négligeable des collisions
Une sensibilité de l’ordre de 10-15 paraît concevable compte tenu des résultats obtenus
sur SF6.
Les récents calculs effectués par des chimistes quantiques notamment P. Schwerdtfeger
avec lequel nous entretenons une étroite collaboration nous incitent à changer de molécule,
puisque pour l’une d’entre elles (que nous ne citerons pas car les résultats ne sont pas
publiés), l’effet est estimé à 1.4 Hz (5.10-14). Il s’agit d’une molécule dont la synthèse a
déjà été démontrée. Il faudrait encore en réaliser la résolution chirale et nous comptons
pour cela sur le groupe de J. Costante et M. Dutasta du Laboratoire de chimie de l’ENS
Lyon. Ensuite, un gros travail spectroscopique préliminaire est indispensable avant que
nous soyons en mesure de faire un nouveau test. Deux équipes, l’une au Phlam (Lille) pour
la partie microonde et l’autre au LADIR (Paris VI) pour la partie infrarouge ont développé
l’instrumentation parfaitement adaptée à ces études.
En conclusion, une molécule pour laquelle l’effet de violation de parité est de l’ordre du
Hz alliée à une méthode expérimentale dont la sensibilité devrait raisonnablement atteindre
la gamme 1-10 mHz , telle est la perspective dans laquelle se situe ce projet.
Une précision expérimentale de 0,1-1% permettrait d’évaluer les modèles théoriques
développés par les chimistes quantiques ainsi que la précision de leurs calculs, qu’ils
estiment aujourd’hui fiables à au moins 10% près. Enfin, si les calculs des chimistes
quantiques deviennent plus précis grâce à une augmentation de la puissance de calcul, les
données expérimentales testeraient l’interaction faible elle-même à un niveau de 0,1-1%.
C’est justement le niveau de précision recherché par les physiciens théoriciens pour que
l’on puisse améliorer les tests du modèle standard.
I.3.1.E.3 Interférométries atomique et moléculaire
Notre laboratoire a joué un rôle de pionnier dans le domaine aujourd’hui en pleine
expansion de l’interférométrie moléculaire en réalisant, en 1994, le premier ensemble
d’expériences de ce type sur la molécule d’iode. Le développement des sources de
molécules froides rend cette direction de recherche à nouveau très attractive, en particulier
les études de décohérence spécifiques aux molécules.
Il en est de même pour les études, que nous avions proposées, portant sur
l’amplification d’ondes atomiques par un ensemble de molécules froides et le déphasage
associé dans un interféromètre atomique.
Nous poursuivons aussi la réflexion sur la possibilité de produire une onde cohérente
d'antimatière et plus spécifiquement d'antihydrogène, soit par la condensation de BoseEinstein de l'antihydrogène atomique, soit par amplification d’une onde cohérente
d'antihydrogène par émission stimulée d'antiatomes dans une réaction du type :
Antiproton+Positronium→Antihydrogène+électron. Nous réfléchissons également aux
applications potentielles d'une telle source (fusion thermonucléaire, tests de la symétrie
CPT dans un interféromètre antiatomique, annihilation cohérente avec un BEC
d'hydrogène).
La mise en évidence d’un pouvoir rotatoire et d’un dichroïsme pour les ondes atomiques
par des molécules chirales, idée que nous avions émise il y a quelques années, reste un défi
expérimental et théorique très intéressant pour le laboratoire.
I.3.1.E.4 Détermination de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser : vers
une nouvelle définition de la température
Les grandeurs physiques mesurées avec la plus grande précision sont aujourd’hui les
temps et les fréquences. Ainsi la référence primaire de température déterminée par le point
triple de l’eau ne peut être réalisée qu’avec une incertitude relative de l’ordre de 10-6. Neuf
ordres de grandeur la séparent de celle des meilleures mesures de fréquences réalisées
aujourd’hui. Par ailleurs, la constante de Boltzmann relie l’échelle d’énergie à celle de
température. Cette constante est connue par une mesure directe à 10-3 près et de façon
indirecte à 1.7.10-6 près par le rapport R/NA.
Nous proposons d’effectuer une mesure de la constante de Boltzmann par la mesure de
la largeur à mi-hauteur, ∆, d’un profil Doppler d’une résonance d’un gaz à une température
connue. Cela s’appuie sur la formule :
2
m  c 
∆ 
k BT =
8 ln (2 )  ν 0 
c est la vitesse de la lumière, kB est la constante de Boltzmann, T est la température et m
est la masse de l’atome ou de la molécule qui constitue la vapeur. ν0 est la fréquence de la
résonance. Cela requerra une solide connaissance de la forme de raie théorique incluant
notamment les effets collisionnels et de transit. Expérimentalement, nous avons retenu
dans un premier temps une raie de l’ammoniac dont nous connaissons la structure
hyperfine. La difficulté consistera à démontrer qu’on peut enregistrer « proprement » un
profil d’absorption linéaire sur une échelle de 100-200 MHz. L’étalonnage de l’axe
pouvant être meilleur que 10-8, la précision ultime de cette expérience est largement
supérieure à l’état de l’art pour kB et T. On peut, à terme, obtenir une meilleure
détermination du produit kBT que 10-6. On pourrait alors être conduit à redéfinir la
température en la raccordant à l’échelle de temps-fréquence, en fixant la valeur de kB
comme la vitesse de la lumière fut fixée en 1983. Dans un premier temps, nous estimons
pouvoir mener une expérience de mesure kB à 10-5 près limité par la stabilité en
température de l’enceinte que nous allons construire en collaboration étroite avec l’Institut
National de Métrologie (G. Bonnier, S. Briaudeau) qui a en charge la conservation de
l’échelle de température pour le BNM.
I.3.1.E.5 Développements instrumentaux pour la réalisation d’étalons de fréquence
optique.
La mesure de la fréquence absolue de la transition de l’iode à 501,7nm envisagée dans
le cadre de la recherche d’une variation temporelle de constantes fondamentales nécessite
un effort instrumental pour la stabilisation de la source, qu’il s’agisse du laser Ar+ dont
l’émission à cette longueur d’onde est bien moins intense qu’à 514 nm ou de nouvelles
sources solides à 1 µm doublées. En particulier, nous poursuivons les développements de
dispositifs originaux pour la détection des signaux et la stabilisation des sources,
notamment fondés sur des techniques numériques adaptatives.
I.3.1.F
Responsables :
M-C. Castex (Directeur de Recherche, CNRS).
L. Museur, S. Chenais (Maîtres de Conférences).
Au cours des prochaines années, et avec l’aide d’un nouveau Maître de Conférence
(Sébastien Chénais) qui vient renforcer l’équipe VUV (septembre 2003), nous
poursuivrons des activités à caractère fortement pluridisciplinaire avec en particulier, les
deux thématiques "Micro-cavités à polymères de carbazole : vers des lasers plastiques
bleus" et "Etude et utilisation des propriétés photoconductrices du diamant CVD" qui font
l’objet de deux plans pluri-formation (PPF), de plusieurs contrats de collaboration, ainsi
que de projets Intas et européens (soumis en 2003). L’achat de lasers excimères ArF (193
nm) et KrF (248 nm), ainsi que le don à l’équipe VUV d'un oscillateur paramétrique
optique (OPO) affiné (retombée positive du contrat de collaboration avec B.M.Industries
de décembre 1996) pompé par un laser Nd : YAG injecté, nous permettent de développer
de nouvelles expériences (photodétecteurs diamant ou GaN, réalisation de réseaux sur
polymères, photoionisation à un photon et spectrométrie de masse). Nous pouvons
également envisager la transformation (VUV accordable) et l'amélioration (intensité) de la
source VUV.
I.3.1.F.1 Dispositifs électroluminescents et micro-lasers bleus
En collaboration avec A. Siove (L2BOA), D. Bloch et A. Fischer (LPL), C. Fiorini et
B. Geffroy (LCOF/CEA/Saclay).
Nous poursuivrons dans le cadre du PPF "Micro-cavités à polymères de carbazole :
vers des lasers plastiques bleus" l’étude comparative de différentes micro-cavités lasers
(guide d'onde planaire, guide d’onde à contre-réaction répartie, disques ou nano-structures
à modes de galerie) permettant d’obtenir un laser bleu à base de composés carbazoliques.
Les difficultés propres au laser bleu sont maintenant identifiées. Outre les problèmes de
dégradation à l’air des films polymères, la photoexcitation UV accélère le vieillissement,
aussi prévoyons-nous l’encapsulation des dispositifs luminescents. En parallèle, afin
d’obtenir des conditions de pompage UV à très faible flux, nous examinerons les
potentialités offertes par de nouvelles configurations telles que des fibres creuses
nanostructurées ou des assemblage de microsphères enrobées de polymères. Le laser VUV
développé au LPL ou le laser ArF permettront de fabriquer les réseaux de surface de pas
nanométriques nécessaires à la réalisation de micro-cavités DFB. Les nano-structurations
nécessaires à la sélectivité en fréquences seront également utilisées pour une autre
application. En collaboration avec C. Fiorini du LCOF du CEA/Saclay et de K. Haupt,
spécialiste de matériaux à empreintes moléculaires, nous avons obtenu une ACI
Nanosciences (juillet 2003) pour la « Mise en œuvre et intégration de matériaux
nanostructurés en volume et en surface application à la mise au point de capteurs
chimiques optimisés ». Nous étudierons en particulier la mise au point d’un transducteur
optique en configuration guide d’onde pour capteur chimique à empreinte moléculaire.
Nos techniques de nano-structuration par laser UV seront également appliquées au cas
des hérérostructures électroluminescentes, à base de composés carbazoliques,
développées dans le cadre du contrat avec le CEA/Saclay. Le guidage des photons
permettra de récupérer une électroluminescence perpendiculairement à la couche émissive
(ou par la tranche) et, donc, d’améliorer l’efficacité réelle des OLEDs. Cette étude
constituera une étape importante pour l’éventuelle réalisation d’un laser pompé
électriquement. Avec cet objectif, et en collaboration avec l’équipe VUV, D. Bloch et A.
Fischer se proposent d’utiliser des techniques de sondage optique à 473 nm et de
modulation synchrone pour mesurer le gain optique différentiel de la couche émettrice
d'une OLED bleue. La valeur de ce gain optique diférentiel sur la couche mince de l'OLED
permettra d'indiquer quel type de cavité laser est la plus adéquate, à savoir une structure de
type VCSEL ou planaire à contre réaction répartie (DFB).
I.3.1.F.2 Elaboration et structuration des films de diamant
En vue d’applications électroniques : détecteurs bi-dimensionnels UV et VUV (PPF
2001) et photo-interrupteur en diamant CVD (contrat de collaboration LEEI/LIMHP/LPL)
en collaboration avec A. Gicquel et J. Achard (LIMHP), H. Schneider (LEEI).
L'objectif de notre projet consiste à réaliser un détecteur en diamant CVD multipistes
permettant l'imagerie en deux dimensions sous rayonnement UV et VUV. La gravure du
diamant à l’échelle micrométrique ou sub-micrométrique s’avère indispensable, non
seulement pour créer et séparer les différentes cellules photosensibles, mais aussi, pour
optimiser la collection des charges avec la plus grande efficacité. On recherche, en effet,
pour un photo-détecteur, un rapport, distance de collection sur distance inter-électrode,
maximum, or, typiquement pour les films en diamant CVD, les distances de collection sont
de l’ordre de 1 à 10 µm. Une alternative à la gravure du diamant par laser UV (193 nm) ou
VUV (125 nm) envisagée au LPL, consistera à réaliser au LIMHP une croissance sélective
de diamant sur diamant ou de diamant sur un substrat de silicium lui-même gravé. Nous
nous intéresserons également aux propriétés remarquables du diamant CVD comme
interrupteur de puissance en collaboration avec A. Gicquel et et J. Achard (LIMHP) et H.
Schneider (LEEI, Toulouse).
Nous examinerons ensemble les propriétés
photoconductrices du diamant sous canon à électrons. Nous prévoyons également d’utiliser
à nouveau les sources incohérentes XUV du GREMI pour obtenir un interrupteur
commandé optiquement.
Notre participation au projet BOLD de développement d’un imageur, en diamant CVD
ou en AlGaN, pour des observations UV du soleil se poursuivra. Sur ce thème, un projet
européen est en cours de réalisation. Enfin, un projet INTAS « Diamond devices for UV
light monitoring » coordonné par G. Conte (département d’Ingénierie Electronique,
Université de Rome) a été soumis à Bruxelles (résultat janvier 04).
I.3.1.F.3 Evolution de la source VUV - intensité, accordabilité et durée d'impulsion
Nous disposons avec la source VUV à 10 eV d’un outil intéressant pour sonder et
nanotransformer des matériaux. Pour rendre accordable cette source et augmenter son
intensité (actuellement ~ 1 µJ/tir), différentes solutions existent dont certaines sont déjà en
cours d'études (demi-cuve, accord de phase en faisceaux croisés, vaporisation du mercure,
transparence induite,..). Ainsi, avec un dispositif relativement simple utilisant un petit laser
à excimère, nous avons pu, récemment, gagner deux ordres de grandeur sur l'intensité
VUV. Un brevet est en cours de rédaction. Par ailleurs, grâce à l’OPO affiné de l’équipe,
l'accordabilité de la source VUV peut maintenant être envisagée. Le développement d'une
source VUV accordable intéresse en particulier l'équipe de C. Desfrançois : elle devrait en
effet permettre d’obtenir par spectroscopie de photoionisation à un photon des
renseignements énergétiques et structuraux, directement comparables aux calculs
quantiques, sur une large gamme de molécules d’intérêt biologique. Enfin, d’autres
solutions que nous voulons explorer concernent l’utilisation et le mélange de lasers pompes
« tout solide » visibles, comme ceux développés dans l’ELSA, et UV, comme par exemple
le laser LiLuF4 dopé Ce3+, en cours de développement au CIRIL et dont la plage d’accord
devrait permettre un pompage efficace à deux photons du mercure.
I.3.1.G Agrégats moléculaires d’intérêt biologique - énergétique et structure –
AMIBES
Responsable :
Doctorant :
C. Desfrançois (Directeur de Recherche, CNRS).
G. Grégoire (Chargé de Recherche, CNRS),
Y. Bouteiller, J-P. Schermann (Professeurs des universités).
B. Lucas (Allocataire MENRT, depuis septembre 2001).
I.3.1.G.1 Source à désorption laser en jet supersonique
Les molécules d’intérêt biologique que nous avons pu étudier jusqu’à présent ont été
limitées à celles qui donnent une pression de vapeur suffisante (~ 1 mbar) par simple
chauffage sans se décomposer. Ce n’est malheureusement pas le cas de nombreuses
biomolécules élémentaires, comme la majorité des acides aminés et les petits peptides ou
les monosaccharides, qui sont trop réfractaires et réactives. Après des essais infructueux
sur un jet de type « thermospray », trop difficile à mettre en œuvre en régime pulsé et trop
gros consommateur de produit, nous nous sommes orientés récemment vers un jet à
désorption laser en jet supersonique (MALD). Sur un montage expérimental indépendant,
mis en place par Gilles Grégoire, nous avons donc testé un dispositif inspiré de la
technique utilisée par François Piuzzi dans l’équipe de Illiana Dimicolli (CE Saclay) : le
produit est broyé avec une matrice (le graphite jusqu’à présent) et pressé pour en faire une
pastille solide. La tranche de celle-ci est placée juste à la sortie d’un jet supersonique pulsé
de gaz rare et immédiatement en face de la sortie d’une fibre optique transportant le laser
de désorption (fondamental ou seconde harmonique d’un petit laser YAG pulsé). Les
processus réactifs sont ainsi fortement inhibés par le caractère local de la désorption et le
refroidissement du à l’entraînement dans la détente supersonique. Jusque là, les molécules
neutres du jet étaient détectées par ionisation par impact électronique et spectrométrie de
temps de vol. Vu le caractère destructeur de cette ionisation, certaines molécules testées
(tryptophane, adénine…) ont pu être observées à leur masse nominale mais d’autres ne
présentaient que des fragments (monosaccharides…). La mise en place d’une ionisation
par laser VUV (125 nm), assurée par Luc Museur de l’équipe voisine de Marie-Claude
Castex, se termine actuellement et devrait donner des résultats plus probants très
prochainement. Par ailleurs nous avons pu observer que de nombreux ions (négatifs et
positifs) étaient également formés et entraînés dans le jet (MALDI), ce qui pourrait
également être intéressant pour des expériences en spectroscopie infrarouge (voir
I.3.1.G.3).
I.3.1.G.2 Source ElectroSpray Ionization (ESI)
Pour mettre en phase gazeuse des ions biomoléculaires, la technique alternative à la
désorption laser est l’électronébulisation (ElectroSpray) qui utilise un champ électrique
localement intense pour ioniser et extraire les molécules solvatées d’un jet de gouttelettes
très fines. Ce type de source présente l’avantage de fonctionner en continu et de fournir des
forts courants d’ions (> nA). Toutefois, les ions produits possèdent beaucoup d’énergie
interne, ce qui ne facilite pas la production de complexes non-covalents. Nous avons
acheté une telle source commerciale (Analytica), pour pouvoir nous familiariser avec cette
technique très utilisée en spectrométrie de masse analytique. Une partie du financement est
venu du plan pluri-formations « Protéomique fonctionnelle » dont nous sommes partie
prenante à l’Université. Dans le cadre du contrat CNRS-DFG, nous avons monté cette
source sur l’expérience Arc-en-Ciel à ELYSE (LCP, Orsay) et fruit d’une collaboration
entre les équipes de Michel Barat (LCAM, Orsay) et Christophe Jouvet (LPPM, Orsay). Le
but de cette expérience est d'étudier la dynamique en temps réel (réactivité et
fragmentations) d'agrégats et de molécules d'intérêt biologique. Le haut taux de répétition
(1 kHz) du laser fs d’ELYSE devrait permettre la réalisation d'expériences en "multicoïncidence" combinées avec la technique pompe-sonde. Nous apportons ainsi sur ce
montage notre expérience des petites biomolécules et nous pourrons participer à des
expériences de dynamique très complémentaires des études structurales et énergétiques que
nous menons au laboratoire. Grâce notamment au travail efficace de Gilles Grégoire, la
source est maintenant opérationnelle et interfacé avec un spectromètre de masse à temps de
vol (Jordan) qui fournit une résolution en masse suffisante (~ 1000) pour les acides aminés
et les petits peptides que nous voulons d’abord étudier. Les premiers essais de photofragmentation avec le laser fs ont commencé mais il reste encore à optimiser le
recouvrement spatial et temporel du laser et du faisceau d’ion pour obtenir les premiers
résultats.
I.3.1.G.3 Suite des expériences de spectroscopie infrarouge
A terme, nous souhaitons coupler l’expérience RET/IR avec la source à désorption laser
en jet supersonique, pour pouvoir étudier des complexes entre biomolécules élémentaires.
En particulier, nous étudierons en priorité les complexes contenant des monosaccharides,
comme le fucose, suivant le projet que nous avions initié dans le cadre du programme
Physique et Chimie du Vivant du CNRS, en collaboration avec Anne Imberty (CERMAV,
Grenoble) et Régis Daniel (LRM à l’Université).
La spectroscopie infrarouge peut également s’appliquer à des molécules ou des ions
moléculaires : en formant des petits agrégats de van der Waals molécule-argon ou ionargon, nous pourrons également observer l’absorption IR résonnante par la molécule sur la
disparition du signal molécule-argon, après prédissociation vibrationnelle de l’argon. Nous
testons actuellement une vanne électromagnétique rapide (Uzi-Even) qui, associée à la
désorption laser, devrait nous permettre de créer de tels agrégats de gaz rare contenant une
molécule ou un ion d’intérêt biologique. Le même type de spectroscopie IR a été faite,
notamment par Andrei Vilesov, sur des molécules et des complexes neutres, en utilisant
des gros agrégats d’hélium et en regardant l’évaporation d’atomes d’hélium consécutive à
l’absorption IR résonnante. Cette technique est sans doute plus sensible que celle
envisagée ici mais nécessite de maîtriser la technologie assez lourde des agrégats d’hélium
et reste limitée aux espèces neutres, avec une sélection en masse imparfaite. Au contraire,
la technique proposée ici, déjà appliquée par Mark Johnson à des petites molécules, devrait
permettre d’étudier des ions moléculaires d’intérêt biologique, avec une sélection en masse
plus rigoureuse que sur des gros agrégats d’hélium. Cette idée n’a pas encore abouti même
si quelques résultats préliminaires nous encouragent à poursuivre dans cette voie.
I.3.1.G.4 Spectroscopie IR multiphotonique à CLIO
Cette année (2003), nous avons engagé un collaboration avec P. Maitre et J. Lemaire
(LCP, Orsay) sur l’expérience MICRA au laser à électrons libres (CLIO) d’Orsay. Il s’agit
d’utiliser leur dispositif qui permet de faire des expériences de spectroscopie infrarouge,
dans tout le domaine 500-3000 cm-1, par dissociation d’ions piégés en cellule par
résonance cyclotronique ionique (ICR) consécutive à l’absorption multiphotonique. Cette
technique souffre d’un manque de résolution spectrale (environ 1%), du à la fois aux
limitations du LEL et au processus multiphotonique mis en jeu, mais s’étend sur une très
large gamme spectrale. D’autre part, la résolution en masse est excellente (30000) et
permet donc une sélection en masse indiscutable. Nous avons récemment obtenu les
premiers spectres sur trois dipeptides différents et l’interprétation théorique, en cours, est
très encourageante quant à la discrimination des différentes conformations possibles. Cette
collaboration va certainement se poursuivre et il devrait être possible d’étudier le spectre
IR de nombreux petits peptides protonés pour en tirer des informations de structure par
comparaison avec des calculs théoriques.
I.3.1.G.5 Calculs de Chimie quantique
Les modèles théoriques que nous avions développés – champ de force «maison » pour
évaluer rapidement les interactions intermoléculaires ; algorithme génétique couplé à un
gradient conjugué pour explorer les surfaces multidimensionnelles de l’énergie potentielle
intermoléculaire ; modèle ionique-covalent pour interpréter les collisions à transfert de
charge Rydberg / molécule ou complexe ; modèle électrostatique semi-empirique d’anions
dipolaires permettant de calculer rapidement l’énergie de liaison de l’électron en excès E –
sont utilisés de manière routinière pour interpréter nos expériences. Afin de compléter ces
modèles simples, qui se sont avérés être pris en défaut pour certains systèmes, nous nous
sommes formés, ces derniers mois, à l’utilisation de logiciels commerciaux de calculs
quantiques (Gaussian, Molpro) qui tournent sur des ordinateurs de bureau. Ils nous
permettent maintenant de faire nous-mêmes nos propres calculs théoriques des structures
d’équilibre des complexes neutres [ACL100] et des affinités électroniques des anions de
valence. Plus délicats et plus gourmands en ressources informatiques sont les calculs
d’énergie de liaison E de l’électron en excès des anions dipolaires, mais nous devrions
pouvoir également bientôt les faire nous-mêmes, au moins pour les petits systèmes, grâce à
l’expertise d’Yves Bouteiller. Nous maîtriserons alors toute l’interprétation théorique de
nos expériences, ce qui est important lorsque nous désirons tester quelles sont les méthodes
théoriques réellement les mieux adaptées à tel type de système, à l’abri des « chapelles »
de la chimie théorique. Ainsi, nous poursuivons un travail sur le calcul des affinités
électroniques des bases de l’ADN isolées et solvatées par quelques molécules d’eau, en
collaboration avec Rainer Weinkauf (Université de Duesseldorf) pour les résultats
expérimentaux. Ce travail présente un intérêt pour l’interprétation théorique des processus
de mutations génétiques induits par transfert d’électrons consécutifs à des rayonnements
ionisants.
I.3.1.H Optique et problèmes de transformation inverse en milieux aléatoires –
OPTIMA
Responsable :
Doctorants :
E. Tinet (Maître de Conférences).
S. Avrillier (Professeur des Universités), J.-M. Tualle (Chargé
de Recherche, CNRS) D. Ettori (Maître de conférences), P.
Berthaud (Maître de conférences).
H.L. Nghiem (Bourse CNRS DRI depuis décembre 2001),
C. Schäfauer (Allocataires MJENR, depuis septembre 2002).
Le but de notre équipe a toujours été le développement de nouvelles méthodes optiques
de diagnostic biomédical. Cet objectif repose d’abord sur l’étude fondamentale des
processus physiques liés au transfert radiatif et sur les méthodes que nous développons
quant au problème inverse. Ensuite, dans notre laboratoire nous mettons en œuvre des
prototypes, aptes à une utilisation clinique, en collaboration avec de nombreuses équipes
de médecins. Au delà de la réalisation de prototypes, nous avons constamment recherché
des partenaires industriels afin que ces méthodes puissent permettre la création d’appareils
que nous souhaitons voir utilisés quotidiennement à l’hôpital. Dans ce but, nous déposons
des brevets lorsqu’une de nos techniques est particulièrement prometteuse. Cela a été le cas
pour la détection des tumeurs de la vessie par autofluorescence (brevet déposé en 1995
puis étendu internationalement en 1998). La collaboration avec Olympus Médical qui avait
alors été amorcée est toujours d’actualité. C’est le cas maintenant avec le balayage de
cohérence qui constitue actuellement le centre de nos activités expérimentales (brevet
déposé en 2000, Dépôt européen n°01 936 568-3 ( publication n° 1 285 256 ) Depot US
n°10/275011 (publication n° US-2003-0107742-A1)). Les technologies permettant des
mesures de la lumière diffuse à l’échelle de la picoseconde restent délicates et coûteuses
alors que notre méthode nous permet d’atteindre beaucoup plus simplement, avec une plus
grande dynamique, de telles résolutions temporelles. Elle offre de plus la possibilité de
concevoir des capteurs résolus dans l’espace en 2D. Cette technique jouera un rôle central
dans la valorisation de nos recherches. Nous bénéficions en effet d’un financement de
l’ANVAR pour la valorisation du brevet et. nous venons de recevoir des financements
importants de la part du CNRS pour le développement de deux prototypes : un oxymètre
résolu dans le temps et un appareil permettant une mammographie couplée à l’oxymétrie.
Nous construisons actuellement ces deux prototypes.
Nous réalisons également, pour l’oxymétrie infrarouge par réflectance, un prototype
uniquement résolu dans l’espace, à l'aide d'un ensemble de détecteurs et d'émetteurs
disposés de façon astucieuse à la surface de la peau. Ce système sera beaucoup plus
simple. Intégré dans un boîtier de très petite taille, alimenté par piles et communiquant à
l’ordinateur de traitement de données par radio, il sera portable par un sportif au cours de
son activité. La première application visée par nos partenaires (HIA Val de Grâce, Centre
d’Essais en Vol) est le suivi de coureurs ou de cyclistes sur le terrain. Ce sera la première
fois à notre connaissance que les données physiologiques sur l’apport en oxygène des
muscles supportant l’effort seront obtenues en conditions réelles. Evidemment, le problème
de la quantification des résultats est plus compliqué puisque la seule résolution spatiale ne
nous permet pas d’obtenir les coefficients de diffusion. L'analyse des résultats pourra se
faire à l'aide d'abaques pré-calculées par des simulations de Monte Carlo, après un certain
apprentissage guidé par les résultats que nous obtiendrons en parallèle à l’hôpital avec le
système résolu dans le temps par balayage de cohérence.
L'exploration de milieux multicouches a été et reste encore le fondement de nos
activités théoriques. Cette géométrie est suffisamment simple pour permettre de défricher
le problème inverse, mais suffisamment riche pour permettre en soi des applications. En
effet, la plupart des organes que nous analysons, ou que nous serons amenés à analyser
dans l'avenir, ne sont pas des milieux diffusants homogènes mais sont constitués de
diverses couches de tissus superposées (peau, épithélium, paroi vésicale, muscle sous la
peau...). Le fait de pouvoir distinguer, dans un signal de rétrodiffusion ou de fluorescence,
la part d'information due à telle ou telle couche, est d'une grande utilité médicale. L’étude
du problème inverse en milieu stratifié représente une étape intermédiaire entre l'analyse
globale d'un volume illuminé par la lumière incidente et l'imagerie optique 3D dans un
milieu diffusant telle qu’elle sera développée, par exemple pour la mammographie. Ainsi,
le formalisme analytique que nous avons développé pour la résolution du problème
multicouches pourra être étendu au cas plus général d’un milieu constitué de plusieurs
domaines distincts, aux frontières bien délimitées. Il pourra par ailleurs être utilisé avec des
théories plus précises que l’approximation de la diffusion, mieux adaptées à l’exploitation
de la lumière diffusée aux temps courts.
Actions spécifiques
I.4 ACTIONS SPECIFIQUES
I.4.1 Contrats du laboratoire
Montant total des contrats ayant une période de recouvrement avec le Contrat Quadriennal.
Les sommes correspondantes ne devraient donc pas être rapprochées des chiffres du
tableau Erreur ! Source du renvoi introuvable.
PARTENAIRES
BNM
UE Réseau
INPT/LEEI
ANVAR
Conseil Régional
Ile-de-France
Conseil Général 93
ANVAR
OBJET
Stabilisation en fréquence d’un laser
CO2 sur une raisonance moléculaire
dans une cavité Fabry-Pérot : étude des
effets systématiques.
N° QLG1-CT-2000-01464 - Optical
Methods for Medical Diagnosis and
Monitoring of Diseases.
N° 141249.00 - Elaboration de film de
diamant par processus CVD assisté par
plasma micro-onde
N°A0105206Q - "Interférométrie
optique résolue en temps
N° E1213 - COMETA - Condensats:
Mesure et Applications (SESAME
1998)
COMETA - Condensats: Mesure et
Applications
N°A0009334Q/AT - Lithographie par
interférométrie atomique à l'échelle
nanométrique: stratégie de valorisation
et propriété industrielle.
DATES
1999/2000
01/01/2001
au
31/12/2003
02/07/2001
au
01/09/2003
11/09/2001
au
11/09/2002
12/02/1999
au
12/02/2002
1999 à
2001
51 830
45 188
(avec salaires)
55 116
59 800
182 939
112 507
01/01/2001
au
30/06/2001
54 700
300 000
150 000
(avec salaires)
Conseil Régional
Ile-de-France
Nanochrome IG 38
31/03/2003
au
30/03/2007
UE Réseau
HPRN-CT-2002-00304 - FASTNet: A
Training Network for the
Confinement, Transport and
Manipulation of Atoms and Molecules
in the Presence of Fields and Surfaces
01/09/2002
au
31/08/2006
Total
MONTANT
en € TTC
1 012 080 €
I.4.2
Allocations spécifiques CNRS
BENEFICIAIRE
OBJET
Action Jeunes chercheurs : Mammographie
optique multicritères.
É. TINET
Equipement spécifique : laser – caméra.
Action Jeunes chercheurs: Laser
A. AMY-KLEIN
femtosecondes appliqués à la métrologie des
frequences.
Action Jeunes chercheurs : Spectrométrie
C.DESFRANCOIS infrarouge et étude en phase gazeuse de petits
complexes d’intérêt biologique.
Projet PCV : Etude expérimentale par
spectroscopie laser et application à l’étude des
C.DESFRANCOIS interactions protéine/oligosaccharide des
complexes moléculaires fucose/acide
aminé/eau.
Equipement spécifique. Laser Ti :Sa et Laser
V. LORENT
de pompe
Total
* Dont 11 960 € seront versés en 2004
É. TINET
DATES
MONTANT
en € TTC
2002
47 840
2002
59 800
2001
45 582
2001
76 578
2000
20 060
2003
71 760*
321 620 €
I.4.3 Actions incitatives MJENR
BENEFICIAIRE
OBJET
DATES
MONTANT
en € TTC
FNS – Programme Physicochimie –
Manipulation d’Atomes par ondes
V. LORENT
2001/2003 97 293*
évanescentes : Gaz quantique d’atomes et
optique atomique intégrée.
Lasers femtosecondes appliqués à la
A. AMY-KLEIN
2000/2002 179 338
métrologie des fréquences
Etalonnage en fréquence à l’aide d’un laser
femtoseconde et connexion par fibre optique
C.CHARDONNET
2000/2001 90 253
du Laboratoire de Physique des Lasers et du
L.P.T.F.
Diagnostic de rejet cardiaque par l’analyse
J-M. TUALLE
temporelle de la rétrodiffusion d’impulsions 1999/2001 39 604
infrarouges sub-picoseconde.
J-C KELLER
Nanochrome
2003
210 000*
Total
616 488 €
* Dont 27 278 € pour V. LORENT et 126 152 € pour J-C KELLER ne sont pas reçus au
3/11/2003.
I.4.4
Plans pluri-formations MJENR
BENEFICIAIRE
OBJET
Elaboration et structuration de film de
diamant. LIMHP/LPL.
Micro cavités à polymères de carbozole :
M-C. CASTEX
vers des plastiques bleus. LPL/LRM.
C.CHARDONNET PPF Fibres Optiques LPL-LKB (ENS).
PPF Protéomique fonctionnelle : SMBHC.DEFRANCOIS
LPL.
Total
M-C. CASTEX
DATES
MONTANT
en € TTC
2001/2004 51 312
2001/2004 35 764
2001/2004 62 189
2001/2004 14 591
163 856 €
Les acteurs du laboratoire au 1er octobre 2003…
Les équipes internes composant l’unité
I.5 LES ACTEURS DU LABORATOIRE AU 1ER OCTOBRE 2003…
I.5.1
Les équipes internes composant l’unité
Libellé de l’équipe interne
(sous-composante fonctionnelle
de l’unité)
Atomes froids. Applications à la
métrologie et à l’interférométrie
atomique - AF
Responsable(s)
Thématiques et opérations
J-C. KELLER
O. GORCEIX
Gaz quantiques de chrome et
application à la nanolithographie
Interférométrie et optique
atomiques IOA
J. ROBERT
Optique cohérente à résonance
OCR
M. DUCLOY,
D. BLOCH
Condensat de Bose-Einstein :
Mesures et Applications
COMETA
V. LORENT
Horloges Optiques et tests
fondamentaux par spectroscopie
et interférométrie atomique et
moléculaire HOTES
C. J. BORDÉ,
C. CHARDONNET
Nano-photochimie par laser
VUV à 10 eV d’agrégats et de
complexes VUV
M-C. CASTEX
Agrégats moléculaires d’intérêt
biologique : énergétique et
structure AMIBES
C. DESFRANÇOIS
Optique et problèmes de
transformation inverse en
milieux aléatoires OPTIMA
É. TINET
Interférométrie atomique Stern-Gerlach
avec des atomes thermiques
Nanolithographie atomique avec des
atomes magnétiques
Interactions van der Waals entre une
surface et un atome métastable
Interaction atome-surface à longue
portée et couplage résonnant entre
excitation atomique et modes de surface
Electrodynamique quantique en cavité
dielectrique à température
éventuellement nulle.
Interférométrie et optique atomique
avec des atomes condensés
Gaz quantique de dimensionnalité
réduite.
Laser femtoseconde pour la métrologie
des fréquences
Limite ultime des étalons de fréquence
optique
Violation de la parité dans les
molécules chirales
Test du principe de Pauli.
Laser VUV par mélange de fréquences
Réactions intra-agrégats
Polymères luminescents
Détecteurs VUV en diamant CVD.
Ions négatifs conventionnels et
dipolaires
Molécules et agrégats d’intérêt
biologique
Expériences et calculs théoriques :
structures et énergies.
Solutions analytiques et numériques
pour le transfert radiatif
Analyse de la lumière diffuse résolue
dans le temps et l’espace
Diagnostic biomédical optique non
invasif.
Effectif
équivalent
temps plein
1 chercheur
4 enseignants
1 IR
3 enseignants
2 chercheurs,
3 enseignants
1 chercheur,
1 enseignant
1 IR
2 chercheurs,
4 enseignants
(1 IR)
1 chercheur,
2 enseignants
2 chercheurs,
2 enseignants
1 chercheur,
4 enseignants
Organigramme du Laboratoire
I.5.2
Organigramme du Laboratoire
Laboratoire de Physique des Lasers
Organigramme au 24 octobre 2003
EQUIPE DE DIRECTION
Directeur C. Chardonnet
Administratrice
S. Barbut, IE
CONSEIL du
LABORATOIRE
EQUIPES ET GROUPE DE RECHERCHE
Atomes froids. Applications à la métrologie et à
l’interférométrie atomique (AF)
J-C. Keller Pr, O. Gorceix Pr,
R. Barbé Pr, B. Laburthe CR, L. Vernac MC
Interférométrie et optique atomiques (IOA)
J. Robert Pr, C. Mainos MC, F. Perales MC,
G. Vassilev MC, J-C. Karam Doc
Secrétariat
M. Alsters, AJTP
N. Froger, TCN
Mécanique
G. Baqué, TCE
M. Fosse, TCN
Electronique
O. Lopez, IE
G. Simon, TCN
40%
S. Callier, CDD IE
Optique
T. Billeton, AI
Informatique
M. Barbier, IE
Optique cohérente à résonance (OCR)
D. Bloch DR, M. Ducloy DR,
M. Fichet Pr, A. Fischer MC, M-P. Gorza MC,
I. Hamdi Doc
Condensat de Bose-Einstein :
Mesures et applications (COMETA)
V. Lorent Pr, H. Perrin CR, B. Mercier IR,
Y. Colombe Doc, E. Knyschyan Doc, O. Morizot Doc
Horloges optiques et tests fondamentaux par
spectroscopie et interférométrie atomique et
moléculaire (HOTES)
C. Chardonnet DR, C. Bordé DR,
A. Amy MC, C. Daussy MC, F. Du Burk MC,
C. Grain Doc, M. Guinet Doc
Nano-photochimie par laser VUV à 10 eV
d’agrégats et de complexes (VUV)
M-C. Castex DR, S. Chénais MC, L. Museur MC
Agrégats moléculaires d’intérêt biologique :
Énergétique et structure (AMIBES)
C. Desfrançois DR, J-P. Schermann Pr,
Y. Bouteiller Pr, G. Grégoire CR,
B. Lucas Doc, B. Rieman Post-doc
NB : en italique les membres non
permanents
Marc BARBIER OrganigrammeLplFr.ppt mercredi 19 novembre
2003
Optique et problèmes de transformation inverse
en milieux aléatoires (OPTIMA)
É. Tinet MC, S. Avrilier Pr, J-M. Tualle CR, P.
Berthaud MC, D. Ettori MC,
H. Nghien Doc, C. Schäfauer Doc,
X. Renon, CDD IE
Les membres du laboratoire
I.5.3
I.5.3.A Enseignants - Chercheurs1
AMY Anne
AVRILLIER Sigrid
BARBÉ René
BERTHAUD Patrice
BOUTEILLER Yves
CHENAIS Sébastien
DAUSSY Christophe
DU BURCK Frédéric
ETTORI Dominique
FICHET Michèle
FISCHER Alexis
GORCEIX Olivier
GORZA Marie-Pascale
KELLER Jean-Claude
LORENT Vincent
MAINOS Constantin
MUSEUR Luc
PERALES Francisco
ROBERT Jacques
SCHERMANN Jean-Pierre
TINET Eric
VASSILEV Georges
VERNAC Laurent
Maître de conférence (HDR)
Professeur (HDR)
Professeur (HDR)
Maître de Conférence
Professeur (HDR)
Maître de Conférence (HDR)
Professeur (HDR)
Professeur (HDR)
Assistante
Professeur (HDR)
Professeur (HDR)
Maître de conférence
Professeur (HDR)
Professeur (HDR)
Maitre de conférence
I.5.3.B Chercheurs2
BLOCH Daniel
BORDÉ Christian
CASTEX Marie-Claude
CHARDONNET Christian
DUCLOY Martial
GREGOIRE Gilles
LABURTHE-TOLRA Bruno
PERRIN Hélène
TUALLE Jean-Michel
Directeur de recherche (HDR)
Directeur de recherche (HDR),
Directeur du Laboratoire
Directeur de recherche (HDR),
Directeur pressenti
Chargé de recherche
Chargée de recherche
BAUDON Jacques
SCHULLER Frédéric
REINHARDT Jean
OKSENGORN Boris
Professeur Emérite
Directeur de recherche honoraire
Chercheur bénévole
Chercheur bénévole
DESFRANCOIS Charles
1
2
Les enseignants-chercheurs sont rattachés, sauf indication contraire, à l’Université Paris 13.
Les chercheurs sont rattachés, sauf indication contraire, au CNRS.
I.5.3.C ITA et ITARF1
ITA
BAQUÉ Gérard
BARBUT Sabine
BILLETON Thierry
FOSSE Michel
FROGER Nathalie*
LOPEZ Olivier
MARECHAL Etienne
MERCIER Brigitte
WIOTTE Fabrice
TCE
IE2
AI
TCN
TCN
IE2
IR2 (à partir du 1er décembre 2003)
IR2 (jusqu’au 1er janvier 2004)
AI (à partir du 1er janvier 2004)
ITARF
ALSTERS Martine*
BARBIER Marc
SIMON Germaine*
AJTP
IE1
TCN
CALLIER Stéphane
RENON Xavier
CDD IE
CDD IE
I.5.3.D Doctorants
COLOMBE Yves
GRAIN Christophe
GUINET Mikaël
HAMDI Ismahene
KARAM Jean-Christophe
KNYAZCHYAN Elena
LUCAS Bruno
MORIZOT Olivier
NGHIEM Ha Lien
SCHÄFAUER Christof
1
Allocataire MENRT
Allocataire MENRT
Allocataire MJENR
Allocataire MJENR
Allocataire MENRT
Bourse Conseil Général 93
Allocataire MENRT
Allocataire MJENR
BDI PED CNRS
Allocataire MJENR
* Agent exerçant à temps partiel, ou à temps partiel dans l'unité de recherche.
I.5.4
Les visiteurs de plus d’un mois du laboratoire de 2000 à 2003
Nom
NENCHEV Marin
BARTH Hans-Dieter
BRUTSCHY Bernhard
GRIMM Rudolf
OLSHANII Maxim
BUTCHER Robert
GONTCHAROV Andrei
KRYLOVA Daria
PALMA Maria-Laura
SHELKOVNIKOV Alexandre
LETOKHOV Vladilen
BOCVARSKI Valerij
NIKITIN Evgenii
VIGNERON J.P.
FAILACHE Horacio
KHANBEKYIAN Alexandre
KLIMOV Vasily
LEITE José
LEZAMA Arturo
LI Yuan Yuan
SALTIEL Solomon
SARKISYAN Davit
TODOROV Petko
VARZHAPETYAN Tigran
YAROVITSKI Alexandre
SHIMIZU Fujio
BERMAN Paul
VU THI MINH Thu
WAGNIERES Georges
BITYURIN Nikita
MURAVIOV Sergueï
PICHLER Goran
BAGAYEV Sergueiv
Pays
(Bulgarie)
(Allemagne)
(Allemagne)
(Allemagne)
(Russie)
(Grande-Bretagne)
(Russie)
(Russie)
(Portugal)
(Russie)
(Russie)
(Yougoslavie)
(Israel)
(Belgique)
(Uruguay)
(Arménie)
(Russie)
(Brésil)
(Uruguay)
(Chine)
(Bulgarie)
(Arménie)
(Bulgarie)
(Arménie)
(Russie)
(Japon)
(USA)
(Vietnam)
(Suisse)
(Russie)
(Russie)
(Croatie)
(Russie)
Equipes concernées
AF
AMIBES
AMIBES
COMETA
COMETA
HOTES
HOTES
HOTES
HOTES
HOTES
HOTES-OCR
IOA
IOA
IOA
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR
OCR-COMETA
OCR-IOA-COMETA
OPTIMA
OPTIMA
VUV
VUV
VUV
Laboratoire

Rapport scientifique du LPL - Laboratoire de Physique des Lasers

Transcription

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