Maxence Lepers’ homepage
Welcome to my personal webpage! My name is Maxence Lepers, and I am a CNRS researcher. I work in the “Théomol” group of Laboratoire Aimé Cotton, which is located in Orsay, close to Paris. I am a theoretician in the field of atomic and molecular physics, which means that I model some atomic and molecular properties using computers. More precisely my research finds itself in the context of ultracold gases, which are characterized by a strikingly low temperature, below one millikelvin ! At such temperatures, the physical properties of the gas are described by the lows of quantum mechanics.
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Briefly:
- Long-range
- lanthanides
My research is located in the context of ultracold matter. «Ultracold matter» stands for gases composed of atoms or of small molecules (2, 3 atoms), whose physical properties are so extreme that they cannot be met in real life. Indeed the temperature of the gases is very close to the absolute zero: it is at most equal to 1 millikelvin but it can go down to the nanokelvin range. Their density is also extremely small, namely from 1010 to 1015 particles per cm3, and their number of particles ranges from 104 to 109. In comparison the lowest natural temperature measured in the universe equals 3 kelvin.
Due to those exceptional features, ultracold gases turn out to be fascinating objects for fundamental Research. For instance they have allowed for the observation of Bose-Einstein condensation, intimately related to the quantum nature of matter. Today the most remarkable application of ultracold gases is the realization of incredibly precise atomic clocks. But the storage of quantum information using ultracold gases seems also very promising.
However the main drawback of ultracold gases is their «fragility». For example they can simply not be stored in a bottle, as the particles of the gas would get warmer on the bottle walls. The gas must therefore be kept away from its environment, which is achieved by trapping the gas using electromagnetic fields (e.g. to make it levitate). In such conditions, it occupies a volume of a few mm3.
In spite of their very low density, collisions can play a crucial role in the dynamics of ultracold gases,
· The predominance of elastic over inelastic collisions (évaporatif ou sympathique).
Malgré leur faible densité, les collisions entre particules jouent un rôle prépondérant dans les propriétés et la dynamique des gaz ultra-froids. En voici trois exemples:
· La prédominance des collisions élastiques sur les collisions inélastiques détermine l’efficacité de certains types de refroidissement (évaporatif ou sympathique).
· Les collisions à l’intérieur d’un condensat de Bose-Einstein, modélisées par un terme non-linéaire dans l’équation de Schrödinger, leur confèrent des caractéristiques jusqu’alors inédites en mécanique quantique, telles que le chaos.
· Lors d’une collision, deux atomes peuvent être forcés de s’apparier pour former une molécule diatomique (par photo-association ou magnéto-association).
Dans tous ces exemples, le niveau de contrôle exercée par des champs électro-magnétiques sur les atomes ou les molécules est extrêmement fin. D’une part car l’énergie cinétique de ces particules (proportionnelle à la température) est quasi-nulle. D’autre part car leur énergie potentielle, provenant des interactions particules-champs et particules-particules, peut être ajustée avec précision au travers de l’amplitude ou de la fréquence des champs électro-magnétiques appliqués. Ces champs permettent aussi de choisir l’état quantique des particules: état électronique, ro-vibrationnel (pour les molécules), fin voire hyperfin.
Dans ce contexte, mon travail de recherche théorique consiste à caractériser l’énergie d’interaction entre particules et champs électro-magnétiques d’une part, et entre paires de particules d’autre part, à l’intérieur d’un gaz atomique ou moléculaire ultra-froid. Le but de mes calculs est d’expliquer ou de prédire des phénomènes nouveaux qui influencent fortement les propriétés physiques ou physico-chimiques du gaz. Par exemple dans le projet sur la formation de molécules triatomiques ultra-froides par photo-association, je cherche à déterminer dans quelles conditions la mise en présence d’atomes et de molécules ultra-froids soumis à un champ laser peut conduire à la formation de trimères, donnant ainsi lieu à une "réaction chimique élémentaire" aux effets quantiques prépondérants.
Les interactions entre particules et champs dépendent fortement de la façon dont les atomes et molécules répondent à ces champs. Cela dépend de propriéétés telles que le moment dipolaire, le moment quadrupolaire ou encore la polarisabilité dipolaire. L’une des spécialités de notre équipe est de les calculer par des méthodes de chimie quantique. Je participe ainsi au calcul de la polarisabilité de l’erbium, un atome de terre rare à la structure complexe, d’intérêt expérimental pour la matière ultra-froide.
Ces propriétés intrinsèques conditionnent aussi les interactions mutuelles entre de paires d’atomes et/ou molécules. Dans les gaz ultra-froids, et en particulier les gaz dipolaires, ces interactions sont essentiellement électro-statiques et de longue portée, c’est-à-dire que les particules sont suffisamment éloignées pour que leur électrons ne forment pas de liaison chimique. Dans le projet "Interactions à longue portée", je cherche à comprendre en quoi la structure interne des particules (par exemple les niveaux rotationnels d’une molécule) influent ces interactions.
Curriculum vitae
Coordonnées
Maxence LEPERS
Laboratoire Aimé Cotton
Bâtiment 505, bureau C15
Université Paris-Sud
91405 Orsay, France
Tél: +33 1 69 35 20 50
Web de l’équipe: Equipe Theomol