Phase separation and spin domains in quasi-1D spinor condensates

Dans ce manuscrit, nous presentons une etude experimentale d’un gaz de Bose de spin-1 avec des interactions antiferromagnetiques, realisee pour des atomes de sodium ultra-froids dans l’etat hyperfin F=1. Gr au refroidissement evaporatif, nous obtenons un condensat de Bose-Einstein (CBE) spineur, soit dans un piege tres confinant (« piege 0D »), soit sous la forme d’un quasi-condensat quasi-unidimensionnel dans un piege tres allonge. Les deux systemes presentent un ordre magnetique a tres basse temperature, qui resulte de la competition entre les interactions d’echange et l’energie Zeeman quadratique q dans un champ magnetique externe. Nous etudions dans un premier temps l’ordre magnetique se forme dans le piege 0D. A tres bassetemperature deux phases magnetiques sont possible : une phase dite « antiferromagnetique » pour q < Us, ou une phase dite « a aimantation transverse » dans le cas inverse. Dans ce travail, nous nous placons pres de la temperature critique. Nous mesurons plusieurs scenarios de condensation sequentielles en changeant la magnetisation et le champ magnetique externe, ou une composante Zeeman condense toujours en premier et ou l’ordre magnetique n’apparait qu’a une seconde temperature de condensation. Les resultats experimentaux pour les temperatures critiques sont bien decrits par une theorie d’Hartree-Fock simplifiee dans les cas ou une seule composante Zeeman est condensee. Dans un second temps, nous etudions l’ordre magnetique du systeme quasi-unidimensionnel a basse temperature. On observe la formation de domaines de spin ou les composantes Zeeman se separe spontanement en domaines disjoints en l’absence de force exterieure (par exemple, un gradient de champ magnetique). On etudie l’etat d’equilibre du systeme en fonction de la magnetisation et du champ magnetique. On observe une transition de phase entre une phase miscible et une phase immiscible ou la composante Zeeman mF = 0 forme un domaine separe de mF = ±1 dans le centre du piege. L’equation d’etat d’un nuage polarise (atomes dans l’etat mF = +1) est utilisee pourmesurer la temperature du systeme. Enfin, nous mesurons la reponse mecanique a une force magnetique appliquee pour un systeme binaire mF = 0, +1. Nous mesures une exaltation de la reponse par rapport a l’attente na basee sur l’effet Zeeman habituel, d’un facteur qui peut varier de plusieurs dizaines a environ cent. La configuration spatiale des domaines est ainsi sensible a de tres faibles gradients de champ magnetique inferieurs au mG/cm.