Description du sujet de thèse

Le projet scientifique de doctorat vise à mesurer plusieurs propriétés d'autodiffusion dans un plasma non neutre fortement corrélé, simulé par un nuage d'ions refroidi par laser dans un piège linéaire à radiofréquence.

Le protocole expérimental à concevoir tirera parti de l'ingénierie des différents états noirs construits par le couplage laser-atome, pour contrôler les échelles de temps pertinentes de la dynamique de l'état interne et de la force de pression imposée par le refroidissement laser Doppler. Ces mesures sont très importantes pour comparer les modèles de potentiels et tester les théories du plasma en dehors des régimes de plasma conventionnels.

La première partie de ce projet consistera à identifier les paramètres expérimentaux qui permettront d'obtenir des mesures pertinentes des coefficients de diffusion. Ensuite, la compatibilité de ces paramètres avec le refroidissement laser Doppler du grand nuage d'ions devra être validée avant que la période de mesure ne puisse commencer. La réalisation de ces mesures dans les phases liquide et cristalline du nuage d'ions sera un véritable atout, car la diffusion à l'échelle microscopique devrait être différente.

Pour effectuer ces mesures, le candidat ou la candidate utilisera et entretiendra un dispositif expérimental déjà existant, comprenant des diodes et des lasers à l'état solide, ainsi qu'un piège linéaire à radiofréquence. Les techniques typiques des lasers à ions froids, telles que la photo ionisation et le refroidissement Doppler, feront également rapidement partie de la routine expérimentale du candidat. L'ingénierie d'un état noir à trois photons et la stabilisation de la fréquence de tous les lasers impliqués sont obtenues grâce à un peigne de fréquence optique, stabilisé par un laser ultra-stable local et des mesures de fréquence absolues sont permises grâce à notre connexion au réseau REFIMEVE.

Les principales données expérimentales proviendront d'une analyse détaillée des images du nuage, à partir desquelles des informations concernant l'autodiffusion au sein du nuage peuvent être extraites, grâce à un modèle qui est actuellement en cours de construction et de validation, en collaboration avec des théoriciens de la physique statistique. Nous avons également construit une simulation de dynamique moléculaire de l'expérience qui peut être utilisée pour compléter les études expérimentales et le modèle analytique afin d'obtenir un aperçu au niveau microscopique. Ce code sera un outil pertinent pour guider les expériences futures vers un ensemble pertinent de paramètres.

Les compétences acquises concernent le piégeage d'ions dans des pièges à radiofréquence, le contrôle haute résolution de la fréquence de systèmes laser, les interactions cohérentes et non cohérentes entre atomes et laser, le traitement d'images et la modélisation de la diffusion dans un système fini chargé.

Publications liées au projet :
• C. Champenois, Tutorial: About the dynamics and thermodynamics of trapped ions, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 42 154002 (2009)
• T. S. Strickler, et al. Experimental Measurement of Self-Diffusion in a Strongly Coupled Plasma PRX 6, 021021 (2016)
• B. Scheiner and Scott D. Baalrud, Testing thermal conductivity models with equilibrium molecular dynamics simulations of the one-component plasma, Phys. Rev. E 100, 043206 (2019)
• S. Balruud and J. Daligault, Mean force kinetic theory: A convergent kinetic theory for weakly and strongly coupled plasmas. Phys. Plasmas, 082106 (2019)
• M. Marciante, C. Champenois, A. Calisti, J. Pedregosa-Guttierez and M. Knoop, Ion dynamics in a linear radio-frequency trap with a single cooling laser, Phys. Rev. A. 82 (2010) 033406.
• Poindron, J. Pedregosa-Gutierrez, C. Jouvet, M. Knoop and C. Champenois, Non-destructive detection of large molecules without mass limitation J. Chem. Phys. 154, 184203 (2021)
• M. Collombon, et al. Experimental Demonstration of Three-Photon Coherent Population Trapping in an Ion Cloud, Phys. Rev. Applied 12, 034035 (2019) , hal-02064988

Contexte de travail

L'activité se déroulera sur le site universitaire de Saint-Jérôme à Marseille. Le laboratoire PIIM est classé en zone à régime restrictif (ZRR) qui nécessite l'attribution d'une autorisation d'accès spécifique.

Le laboratoire PIIM rassemble des physiciens et physico-chimistes qui étudient les milieux dilués - tels que les gaz, les plasmas et les faisceaux d'ions, d'atomes et/ou de molécules - ainsi que leurs interactions avec la matière et la lumière. La personne recrutée travaillera au sein de l'équipe de recherche CIML (Confinement d'Ions et Manipulation Laser) qui possède une grande expertise dans le domaine du piégeage d'ions par radiofréquence et de la métrologie des fréquences optiques.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

• Risque lié aux rayonnements ionisants,
• Risque laser,
• Travail sur écran.

Informations complémentaires

Titulaire d'un master en Physique, le candidat (H/F) doit disposer de bonnes connaissances en physique atomique et optique. L'intérêt pour la physique expérimentale est essentiel. Des compétences en matière de codage et de traitement de données seront très appréciées.

L'aptitude à travailler en équipe, l'autonomie, et l'esprit d'initiative sont également demandés.