We propose the possibility of a phonon laser by coupling a Bose-Einstein condensate to a nanomechanical cantilever with a magnetic tip. Due to the magnetic coupling, atomic spin flips induce cantilever motion, which can be used to produce a phonon laser. The system is described by the equivalent of the Jaynes-Cummings Hamiltonian. By controlling the number of atoms and the population inversion, one can obtain either a continuous wave or transient lasing. The two-body atom-atom interaction is also shown to coherently manipulate the lasing process. We also show that in the strong coupling limit, the same system can undergo a Dicke-Hepp-Lieb superradiant phase transition. Exotic phase diagrams can be obtained by tuning the two body atom-atom interaction. PACS Nos.: 03.75.Nt, 85.85.+j, 42.50.Pq, 37.90.+j.
Résumé :Nous suggérons qu'il est possible de construire un saser (laser sonore) en couplant un condensat de Bose-Einstein à un cantilever nano-mécanique avec une pointe magnétique. À cause du couplage magnétique, le renversement de spin (spin flip) atomique induit un mouvement dans le cantilever qui peut être utilisée pour générer un saser. Le système est décrit par l'équivalent du Hamiltonien de Jaymes-Cummings. En contrôlant le nombre d'atomes et l'inversion de population, nous pouvons obtenir une émission cohérente (lasing), en onde soit continue, soit transitoire. Nous montrons que l'interaction à deux corps atome-atome contrôle aussi l'émission cohérente. Nous démontrons également que dans la limite du couplage fort, le même système peut subir une transition de phase superradiante de Dicke-Hepp-Lieb. Des diagrammes de phase exotiques peuvent être obtenus par syntonisation de l'interaction à deux corps atome-atome. [Traduit par la Rédaction]