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Chercheur postdoctorant en physique moléculaire expérimentale - Mise en pratique de l'échelle de température dans le cadre du nouveau Système International d'Unités (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

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Informations générales

Référence : UMR7538-BENDAR-001
Lieu de travail : VILLETANEUSE
Date de publication : jeudi 7 février 2019
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 6 mois
Date d'embauche prévue : 1 mai 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : A partir de 2600 € brut mensuel (si aucune expérience)
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : Indifférent

Missions

Le post-doctorant (H/F) fera partie de l'équipe 'Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux' (MMTF) du Laboratoire de Physique des Lasers (LPL). Il/elle travaillera sous la supervision de Benoît Darquié dans le cadre du projet de 'mise en pratique' du nouveau kelvin par 'thermométrie par élargissement Doppler' avec raccordement direct à l'étalon primaire de temps-fréquence, dans le contexte de la révision du Système International d'Unités (SI) qui entrera en vigueur en 2019.
La révision du SI a été approuvée en novembre 2018 et le nouveau SI entrera en vigueur le 20/05/2019. Cette réforme profonde consiste à fixer la valeur de 7 constantes fondamentales et donne une position centrale à l'étalon primaire de temps-fréquence, car la 'mise en pratique' de toutes les unités implique un raccordement à cet étalon.
Notre objectif est de démontrer la première 'mise en pratique' du kelvin, dans le cadre de ce nouveau SI, par raccordement direct à la meilleure réalisation française de l'unité de fréquence, la fontaine atomique du LNE-SYRTE. La constante de Boltzmann kB étant fixée dans le nouveau SI, la 'mise en pratique' du kelvin se ramène à une mesure de fréquence. L'une des méthodes considérées, la 'thermométrie par élargissement Doppler', proposée par l'équipe MMTF du LPL, est actuellement mise en œuvre par deux équipes dans le monde.
Au LPL, le projet s'appuie sur l'expérience de mesure de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser développée depuis une dizaine d'années [1,2] qui consiste à enregistrer le plus précisément possible le profil Doppler d'une raie d'absorption d'une vapeur d'ammoniac à l'équilibre thermique, dont la largeur est proportionnelle à la racine carrée de kBT (T la température). La spectroscopie est réalisée autour de 10 µm, avec un laser à cascade quantique (QCL, de l'anglais quantum cascade laser) asservi en phase sur l'étalon secondaire dans cette région, le laser à CO2 asservi en fréquence sur une transition moléculaire.
L'un des objectifs est de s'affranchir de cet étalon secondaire et d'asservir la fréquence du laser à CO2 sur les standards primaires de fréquence du LNE-SYRTE. Or nous avons récemment développé une méthode permettant d'asservir une source moyen infrarouge à un peigne de fréquence stabilisé sur une référence ultra-stable à 1,55 µm du LNE-SYRTE. Ce signal est raccordé aux fontaines atomiques du LNE-SYRTE et est transmis au LPL par un lien optique avec contrôle actif du bruit de phase induit par la propagation [3]. Un laser à CO2 asservi de cette manière constituera alors un oscillateur local contrôlé par l'étalon primaire et la spectroscopie sera réalisée grâce au QCL asservi en phase sur cet oscillateur local.
L'équipe MMTF du LPL participe depuis 2016 au projet européen 'Implementing the New Kelvin 2' (INK 2) dont l'objectif est la 'mise en pratique' du nouveau kelvin. Au LPL, nous avons pour mission sa mise en œuvre par la méthode de 'thermométrie par élargissement Doppler' dans la gamme 300-430K. Pour cela, un nouveau thermostat ajustable en température contenant une cellule d'absorption est en cours de développement en collaboration avec le LNE-CNAM. Un travail important a été parallèlement mené sur le système laser avec l'intégration d'un synthétiseur micro-onde développé au LPL pour le balayage de la fréquence du QCL sur ~10 GHz sans saut de phase.
Le chercheur post-doctorant (H/F) aura pour objectif de rendre le spectromètre (thermostat, cellule d'absorption, système laser,…) entièrement opérationnel et de mener les premières campagnes de mesures de 'mise en pratique' du nouveau kelvin par 'thermométrie par élargissement Doppler' avec raccordement direct à l'étalon primaire de temps-fréquence.

[1] S Mejri, PLT Sow, O Kozlova, C Ayari, SK Tokunaga, C Chardonnet, S Briaudeau, B Darquié, F Rohart, C Daussy, Measuring the Boltzmann constant by mid-infrared laser spectroscopy of ammonia, Metrologia 52, S314-S323 (2015).

[2] J Fischer, B Fellmuth, C Gaiser, T Zandt, L Pitre, F Sparasci, M D Plimmer, M de Podesta, R Underwood, G Sutton, G Machin, R M Gavioso, D Madonna Ripa, P P M Steur, J Qu, X J Feng, J Zhang, M R Moldover, S P Benz, D R White, L Gianfrani, A Castrillo, L Moretti, B Darquié, E. Moufarej, C Daussy, S Briaudeau, O Kozlova, L Risegari, J J Segovia, M C Martín, D del Campo, The Boltzmann Project, Metrologia 55, R1 (2018).

[3] B Argence, B Chanteau, O Lopez, D Nicolodi, M Abgrall, C Chardonnet, C Daussy, B Darquié, Y Le Coq, A Amy-Klein, Quantum cascade laser frequency stabilization at the sub-Hz level, Nature Photon. 9, 456 (2015).

Activités

- Le candidat retenu (H/F) devra dans un premier temps prendre en main le dispositif expérimental existant

Il/elle devra ensuite poursuivre les développements instrumentaux en cours :
- caractérisation d'un thermostat de grand volume (1 m3) et ajustable en température dans la gamme 300-430 K en collaboration avec le CNAM et le LNE. La stabilité et l'homogénéité seront mesurées, caractérisées et optimisées pour atteindre un niveau meilleur que 10 ppm.
- développement d'une cellule d'absorption adaptée au thermostat, notamment à la gamme de température explorée.
- afin d'atteindre la meilleure sensibilité possible, un travail sera parallèlement mené sur le système laser : réduction du bruit d'amplitude résiduel par un contrôle actif (asservissement en amplitude des signaux) ; réduction et contrôle des sources de déformation du profil d'absorption enregistré (saturation de la transition, bande passante limitée de la chaîne de détection,…) ; asservissement de la fréquence du laser à CO2 sur la référence ultra-stable à 1,55 µm du LNE-SYRTE avec un peigne de fréquence stabilisé.
- parallèlement, une étude théorique et expérimentale sera menée en collaboration avec le groupe de recherche de l' Università degli studi della Campania Luigi Vanvitelli (Naples, Livio Gianfrani) afin de prendre en compte dans le budget d'incertitude l'influence des interférences entre raies d'absorption.

- Le chercheur post-doctorant (H/F) mènera ensuite des campagnes de mesures de 'mise en pratique' du nouveau kelvin par 'thermométrie par élargissement Doppler' avec raccordement direct à l'étalon primaire de temps-fréquence.

Compétences

- Le candidat (H/F) doit être titulaire d'une thèse en physique ou chimie-physique expérimentale : physique atomique ou moléculaire, spectroscopie, optique et lasers, optique quantique.

Il/elle devra participer activement au développement de cette activité expérimentale et tous les autres aspects du projet :
- recherche et commande de matériel ;
- management, planification et priorisation de l'activité de recherche ;
- supervision d'étudiants ;
- développement des collaborations avec les autres partenaires du projet ;
- participation à des conférences et à l'écriture d'article.

Contexte de travail

Cette activité se déroule au Laboratoire de Physique des Laser (UMR 7538 CNRS-université Paris 13), à Villetaneuse, au sein de l'équipe 'Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux' (MMTF, http://www-lpl.univ-paris13.fr/FR/Equipe-MMT-presentation.awp). L'aspect thermométrie du projet est mené en partenariat avec le LNE-CNAM. Pour l'asservissement du laser à CO2, nous disposons d'une référence de fréquence délivrée par le LNE-SYRTE (CNRS-Observatoire de Paris) et transmis par fibre optique au laboratoire. L'étude théorique et expérimentale des formes de raie (et en particulier de l'influence des interférences entre raies d'absorption) est menée en collaboration avec le groupe de recherche de l'Università degli studi della Campania Luigi Vanvitelli (Naples, Livio Gianfrani).
Le projet est soutenu par le labex First-TF et le projet européen Joint Research Project (JRP) H2020 EURAMET EMPIR 'Implementing the New Kelvin 2' (INK 2).

Contraintes et risques

Sans objet.

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