Dynamique hors équilibre d'un condensat de Bose-Einstein dans un réseau dépendant du temps

This thesis presents the studies carried out in the Cold Atoms team of the laboratoire CAR atUniversité Toulouse III Paul Sabatier. My work is part of the team’s axis of research on modulatedlattices and impact of classical chaos on the quantum behaviour of a particule. The aim of this work wasto develop all the tools required for this project.First, the whole experimental device has been built and produces Bose Einstein Condensate since may2015. we describe this new setup and cooling techniques that we implemented.The rest of the manuscript is devoted to studying the behaviour of a Bose Einstein condensate inan optical lattice created by the interference of two counter propagative laser beams. The potential thuscreated can be dynamically controlled via the optical power and the relative phase of the two beams. Mywork is mainly focused on the controle of the relative phase.In particular, we developed a new calibration method based on the analysis of the micro-oscillationof a network of condensate just after a quasi-instantaneous shift of the lattice. This method proves to berobust against interactions, external potential and non-harmonicities of the periodic potential. The studyof the micro-mouvement highlighted the persence of tunnel effet which occurs during the oscillation. Thesignature of the tunnel effect in momentum space enables us to perform a direct measurement of thetunneling traversal time.The last part of the manuscript is dedicated to the preliminary study of the behavior of a Bose Einsteincondensate in a lattice renormalized by phase modulation. Depending on the modulation frequency, wecan normalize either the depth or the tunneling rate between each wells of the lattice. In the latter case,a new state of equilibrium called staggered state emerges. The dynamic of the formation of this state iscomplex because one should take the heating due to modulation into account. We present the preliminaryresults of this study.Ce manuscrit présente le travail réalisé dans le cadre de ma thèse dans l’équipe Atomes Froids dulaboratoire CAR de l’université Toulouse III Paul Sabatier. L’un des projets de recherche de cette équipeest l’étude du comportement d’un condensat de Bose Einstein dans un réseau optique modulé en tempset notamment l’étude de l’impact du chaos à la limite classique sur le comportement quantique d’uneparticule. L’objectif de mon travail est de développer les outils nécessaires à cette étude.La première étape a été de construire l’ensemble du dispositif expérimental de l’équipe, qui est opérationneldepuis mai 2015. Nous présenterons donc ce dispositif ainsi que les techniques de refroidissementque nous avons mises en place.La suite du manuscrit est consacrée à l’étude du comportement d’un condensat de Bose Einsteindans un réseau optique créé par l’interférence constructive de deux faisceaux laser contra-propageants.Le potentiel ainsi créé peut être contrôlé dynamiquement via la puissance et la phase relative des deuxfaisceaux. Mon travail s’est surtout concentré sur le contrôle de la phase relative.Nous avons notamment développé une nouvelle méthode de calibration qui repose sur l’analyse de lamicro-oscillation d’une chaine de condensats après un décalage spatial quasi- instantané du réseau. Cetteméthode présente l’avantage d’être très robuste vis-à-vis des interactions, du potentiel de confinementextérieur ainsi que des anharmonicités du potentiel périodique. L’étude du micro-mouvement des atomesa aussi permis de mettre en évidence la présence d’un effet tunnel qui se manifeste au cours de la micro oscillation.La signature de cet effet tunnel dans l’espace des impulsions après temps de vol nous donnela possibilité de faire une mesure directe du temps de traversée tunnel et d’en étudier les propriétés.La dernière partie du manuscrit est consacrée à l’étude préliminaire du comportement d’un condensatde Bose Einstein dans un réseau renormalisé par modulation de phase. Suivant le régime de modulation,nous pouvons renormaliser la profondeur ou le taux tunnel entre chaque puits du réseau. Dans ce derniercas, nous voyons émerger un nouvel état d’équilibre appelé staggered state. La dynamique de formationde cet état est complexe car le chauffage dû à la modulation doit être pris en compte. Nous présenteronsdonc les résultats préliminaires de cette étude