Si la recherche sur la capture et le refroidissement des atomes explose depuis une trentaine d’années, les molécules y restent réfractaires. Une équipe du laboratoire XLIM a cependant proposé une nouvelle méthode pour piéger et nanostructurer un gaz moléculaire. Celle-ci fonctionne grâce à la génération d’un laser Raman et une fibre creuse spéciale. Ces travaux ont été publiés dans Nature Communications.

L’axe de recherche GPPMM (Gas-Phase Photonic and Microwave Materials group) du laboratoire XLIM a rapporté sur une technique originale et puissante de piégeage de molécules.

Cette technique consiste dans l’excitation de molécules de gaz, ici de l’hydrogène confiné dans une fibre creuse à bande interdite photonique, par un laser continue et puissant pour les faire tourner à une fréquence de ~17 THz. Ces molécules tournantes émettent un second rayonnement (le laser Raman) dans deux directions opposées pour former un réseau optique le long  du cœur de la fibre creuse. Par une association rare entre ce réseau optique, la rotation des molécules et le laser d’excitation, un réseau de puits de potentiel nanométriques se forme et dont la profondeur peut piéger des molécules dont la vitesse peut aller jusqu’à 1800 m/s. Les molécules sont ainsi fortement localisées dans un espace nettement inférieur à la longueur d’onde des lasers mis en jeu, on parle de régime Lamb-Dicke, et forment une structure spatiale « gazeuse » inédite où les seules molécules émettrices sont celles piégées dans les puits de potentiel nanométriques. En générant cette nouvelle structure « à gaz », Fetah Benabid et son équipe ont démontré la génération d’un laser très puissant et dont la largeur de raie  est en dessous de la limite du recul [c.a.d. en dessous de la largeur spectrale causée par le mouvement de la molécule suite à une émission d’un photon], et un large nombre de phénomènes quantiques qui sont d’habitude masqués par l’agitation des molécules et l’effet Doppler. Parmi lesquels, on note la cohabitation avec les molécules fortement localisées, un mouvement d’ensemble du gaz qui parcourt toute la longueur de fibre, et qui est visuellement observable de façon spectaculaire (voir la vidéo).

Ces résultats ouvrent la voie vers un contrôle quantique des molécules dont le niveau est comparable à celui atteint avec les atomes froids.

> Consultez l’article « Raman gas self-organizing into deep nano-trap lattice » publié en libre accès le 28 septembre 2016