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CHAMPENOIS Caroline

Chargée de recherche au CNRS

Contact : écrivez-moi
téléphone : 04 91 28 89 21

Je suis expérimentatrice et je m’intéresse aux interactions laser-atomes dans le but de contrôler les degrés internes et externes de liberté des atomes. Depuis que j’ai rejoint le laboratoire PIIM, mes atomes de prédilection sont des ions calcium piégés en piège radio-fréquence, mais ce n’est pas exclusif. Les thèmes de recherche qui m’occupent sont connectés de près ou de loin à des problèmatiques de métrologie des fréquences (optique, THz ou micro-onde) et impliquent souvent des processus à plusieurs photons.

Thèmes de recherche

- Dynamique et thermodynamique d’ions piégés-TADOTI

Un des enjeux du projet est la compréhension du rôle des interactions coulombiennes et du potentiel de confinement dans l’auto-organisation des ions. Le dispositif expérimental a été conçu pour garantir des dimensions qui assurent le piégeage stable de nuages froids assez gros pour que les effets de taille finie soient négligeables au centre. Il est consitué d’un quadrupole et d’un octupole, en ligne. Ce dispositif permet aussi de mettre au point des protocoles de transport des ions entre différentes zones de piégeage. Le transport d’un ion sans excitation de son mouvement est un des enjeux majeurs du développement des ordinateurs quantiques basés sur des ions piégés. Nous souhaitons étendre ces protocoles à un nuage dans un piège macroscopique pour, entre autre, améliorer les performances des horloges à ions micro-onde. La difficulté vient de l’interaction coulombienne qui couple tous les degrés de liberté au cours du déplacement, et de la grande distance entre les électrodes qui induit une déformation du potentiel de confinement au cours du transport.
Ce projet a pu débuter grâce au soutien de l’ANR (programme Jeune Chercheur/se 2008) et de la région PACA. Il est également soutenu par le CNES pour ses points communs avec les prototypes d’horloge à ions micro-onde.

- Des ions piégés comme support d’étalons de fréquence

Les ions piégés ont depuis longtemps été considérés comme des supports pertinents pour des étalons de fréquence, tout d’abord dans le domaine micro-onde puis dans le domaine optique. Notre groupe travaille avec des ions calcium dans la perspective d’applications métrologiques et les performances attendues pour une horloge optique basée sur un ion unique de calcium ont été estimées. Grâce à un piégeage cohérent de population à trois photons se produisant dans les ions de la famille du calcium, nous avons pu proposer un étalon de fréquence THz basé sur ces ions. Une de nos contributions originales à la métrologie des fréquences avec des ions piégés est la proposition d’une horloge optique basée sur un anneau d’ions plutôt que sur un ion unique (ou une chaîne d’ions). Des ions froids s’organisent en anneau quand ils sont piégés dans un piège multipolaire linéaire dont la raideur du confinement axial est suffisante pour en assurer la stabilité.

-  Interaction cohérente à trois photons

Un ion unique piégé et refroidi par laser est un objet parfait pour étudier des protocoles d’interaction laser cohérente. À deux photons, le paradigme des processus cohérents d’interaction est le piégeage cohérent de population (CPT), qui se manifeste par une raie noire dans le spectre de fluorescence. Nous avons utilisé la perte de cohérence induite par l’effet Doppler sur un tel piégeage pour quantifier le micro-mouvement en excès d’un ion unique. L’extension du concept de CPT à une résonance à trois photons permet l’annulation exacte de l’effet Doppler du premier ordre. Dans ces conditions, un protocole dérivé du CPT peut alors être appliqué à un nuage d’ions aussi bien qu’à un ion unique. Ce protocole peut utiliser la résonance noire pour proposer un étalon de fréquence THz ou bien exploiter le CPT pour mener un transfert cohérent de population du genre STIRAP, entre deux états métastables des ions de la famille du calcium.

Parcours de recherche

- 2010 Habilitation à diriger des recherches de l’Université de Provence (Marseille) évaluée par Rainer Blatt, Jean Dalibard et Frédéric Zolla (rapporteurs) et Annette Calisti, Richard Thompson et Fernande Vedel (examinateurs). Des atomes chargés et des photons : quelques phénomènes observables en piège radiofréquence

- 2001- chargée de recherche au CNRS au laboratoire Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires (CNRS/Université d’Aix-Marseille), dans l’équipe Confinement d’Ions et Manipulations Laser, animée par Martina Knoop.

- 2000-2001 Assistante d’enseignement et de recherche à l’Université de Provence (Marseille), au laboratoire Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, dans l’équipe Confinement d’Ions et Manipulations Laser, animée par Fernande Vedel.

- 1999-2000 Assistante d’enseignement et de recherche à l’Université Paul Sabatier (Toulouse), au Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité, dans l’équipe Interféromètrie atomique, animée par Jacques Vigué.

- 1996-1999 Doctorante et monitrice à l’Université Paul Sabatier (Toulouse), au Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité de l’IRSAMC, dans l’équipe Interféromètrie atomique, animée par Jacques Vigué. Thèse soutenue en décembre 1999 : Interféromètrie atomique avec l’atome de lithium : analyse théorique et construction d’un interféromètre, applications

- 1992-1996 Élève de l’École Normale Supérieure de Lyon, Licence et maitrise de physique du magistère de l’ENS-Lyon. Préparation à l’agrégation de physique (concours 1995). DEA de Physique de la matière de l’Université Paul Sabatier (Toulouse).