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Étude des niveaux de Rydberg de la série 4f14 6s nd de l'ytterbium. Mesure des champs critiques d'ionisation. Analyse expérimentale et théorique des structures hyperfines.

L. Barbier

Published Sep 25, 1979• 0 citations
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Abstract

High Rydberg levels of ytterbium were studied in a beam of metastable atoms. Levels of the series4f14 6snd were populated from the metastable 4f14 6s 6p 3Po level by means of the U.V. light of a frequency-doubled single-mode dye laser and detected using the field ionization technique. The critical ionization fields Fc of the levels 4f14 6snd 3D1 (24 ~ n ~ 57) were measured and found to obey the saddle point law (Fc = (16 n*4)^-1).The hyperfine structures of the odd isotopes were investigated. They are very peculiar due to the fact that the hyperfine interaction is of the same order of magnitude as (or even for the highest n values, much more important than) the spin-orbit and electrostatic interactions. A theoretical account of the observed structures using the Slater-Condon parametric method is given. The relative influence of the excited (nd) and of the non-excited (6s) optical electron could thus be studied. Furthermore the influence of a valence level perturbing only the odd isotopes components for n = 26 was demonstrated.

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Journal of Physics B Atomic Molecular and Optical Physics•Sep 28, 1989•16 citations

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Les atomes de Rydberg constituent des objets idéaux pour l’étude des systèmes physiques en interaction à longue portée. Transposer à ces atomes très excités les techniques habituelles d’imagerie et de piegeage des atomes froids offrirait de nouvelles opportunités pour le domaine de la simulation quantique. Notre approche consiste à utiliser un atome à deux électrons de valence optiquement actifs tel que l’ytterbium. En effet, les transitions optiques du coeur ionique de cet atome ouvrent la voie à de nombreuses perspectives pour la manipulation optique dans l'état de Rydberg. Lorsque l’atome est doublement excité, il peut néanmoins auto-ioniser puisque son énergie se situe au delà de la première limite d’ionisation. La possibilité de s’affranchir totalement de l’autoionisation est une question ouverte.Dans cette thèse, nous présentons en premier lieu les contributions apportées au montage de l’expérience,du refroidissement des atomes d’ytterbium sur la raie d’intercombinaison à l’excitation dans des états de Rydberg. A cause des interactions entre électrons de valence, la spectroscopie de ces états très excités est plus complexe dans l'ytterbium que dans les atomes alcalins. Une étude expérimentale couplée à une analyse par théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT) a été réalisée sur diverses séries Rydberg (s, p, d et f). Cette étude, prérequis essentiel, a permis d’améliorer la précision de plus de deux ordres de grandeur sur la spectroscopie des séries étudiées.L’excitation du coeur ionique a ensuite été mise en place sur la transition 6s1/2 → 6p1/2 . Nous avons alors étudié expérimentalement et théoriquement l’excitation du coeur isolé pour des états de Rydberg de grand moment orbital (l = 5 - 9). Cette étude a montré que l'auto-ionisation est dominée par le couplage au continuum de l'état de coeur 5d3/2. Par opposition a l'atome de baryum, pour lequel l'autoionisation chute rapidement avec le moment orbital de l'électron Rydberg, nous avons montré que cette tendance est moins marquée sur l'ytterbium. Grace à cette étude, nous pourrons déterminer les états pour lesquels la manipulation optique par laser est possible.

•Dec 18, 2017•0 citations

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Les atomes de Rydberg constituent des objets idéaux pour l’étude des systèmes physiques en interaction à longue portée. Transposer à ces atomes très excités les techniques habituelles d’imagerie et de piegeage des atomes froids offrirait de nouvelles opportunités pour le domaine de la simulation quantique. Notre approche consiste à utiliser un atome à deux électrons de valence optiquement actifs tel que l’ytterbium. En effet, les transitions optiques du coeur ionique de cet atome ouvrent la voie à de nombreuses perspectives pour la manipulation optique dans l'état de Rydberg. Lorsque l’atome est doublement excité, il peut néanmoins auto-ioniser puisque son énergie se situe au delà de la première limite d’ionisation. La possibilité de s’affranchir totalement de l’autoionisation est une question ouverte.Dans cette thèse, nous présentons en premier lieu les contributions apportées au montage de l’expérience,du refroidissement des atomes d’ytterbium sur la raie d’intercombinaison à l’excitation dans des états de Rydberg. A cause des interactions entre électrons de valence, la spectroscopie de ces états très excités est plus complexe dans l'ytterbium que dans les atomes alcalins. Une étude expérimentale couplée à une analyse par théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT) a été réalisée sur diverses séries Rydberg (s, p, d et f). Cette étude, prérequis essentiel, a permis d’améliorer la précision de plus de deux ordres de grandeur sur la spectroscopie des séries étudiées.L’excitation du coeur ionique a ensuite été mise en place sur la transition 6s1/2 → 6p1/2 . Nous avons alors étudié expérimentalement et théoriquement l’excitation du coeur isolé pour des états de Rydberg de grand moment orbital (l = 5 - 9). Cette étude a montré que l'auto-ionisation est dominée par le couplage au continuum de l'état de coeur 5d3/2. Par opposition a l'atome de baryum, pour lequel l'autoionisation chute rapidement avec le moment orbital de l'électron Rydberg, nous avons montré que cette tendance est moins marquée sur l'ytterbium. Grace à cette étude, nous pourrons déterminer les états pour lesquels la manipulation optique par laser est possible.

•Dec 18, 2017•1 citation

HIGH-RESOLUTION STUDY OF RYDBERG STATES OF BARIUM

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Journal de physique•Jan 1, 1982•5 citations
High Rydberg levels of ytterbium were studied in a beam of metastable atoms. Levels of the series4f14 6snd were populated from the metastable 4f14 6s 6p 3Po level by means of the U.V. light of a frequency-doubled single-mode dye laser and detected using the field ionization technique. The critical ionization fields Fc of the levels 4f14 6snd 3D1 (24 ~ n ~ 57) were measured and found to obey the saddle point law (Fc = (16 n*4)^-1).The hyperfine structures of the odd isotopes were investigated. They are very peculiar due to the fact that the hyperfine interaction is of the same order of magnitude as (or even for the highest n values, much more important than) the spin-orbit and electrostatic interactions. A theoretical account of the observed structures using the Slater-Condon parametric method is given. The relative influence of the excited (nd) and of the non-excited (6s) optical electron could thus be studied. Furthermore the influence of a valence level perturbing only the odd isotopes components for n = 26 was demonstrated.
High Rydberg levels of ytterbium were studied in a beam of metastable atoms. Levels of the series 4f14^{14}14 6snsnsnd were populated from the metastable 4f14^{14}14 6s 6p 3^33Po_oo​ level by means of the U.V. light of a frequency-doubled single-mode dye laser and detected using the field ionization technique. The critical ionization fields FcF_cFc​ of the levels 4f14^{14}14 6snsnsnd 3^33D1_11​ (24 ≤ n ≤ 57) were measured and found to obey the saddle point law (FcF_cFc​ = (16 n∗4n^{*4}n∗4)−1^{-1}−1). The hyperfine structures of the odd isotopes were investigated. They are very peculiar due to the fact that the hyperfine interaction is of the same order of magnitude as (or even for the highest nnn values, much more important than) the spin-orbit and electrostatic interactions. A theoretical account of the observed structures using the Slater-Condon parametric method is given. The relative influence of the excited (nnnd) and of the non-excited (6s) optical electron could thus be studied. Furthermore the influence of a valence level perturbing only the odd isotopes components for nnn = 26 was demonstrated.
The highly excited even levels of the lutetium atom are studied by two-step resonance ionisation spectroscopy. Four Rydberg series, 6s 2 ns 2 S 1/2 (n=17-76), 6s 2 nd 2 D 3/2 (n=14-105), 6s 2 nd 2 D 5/2 (n=19-87) and 6s 2 ng 2 G 9/2 (n=21-61), are measured and analysed. A very weak perturbation from an unassigned J= 3 / 2 even valence level is observed around 6s 2 52d 2 D 3/2 as a dip of ion signals induced by a decrease of radiative lifetimes in the perturbed Rydberg states. Small dips observed in nearby 6s 2 ns 2 S 1/2 and 6s 2 nd 2 D 5/2 Rydberg states are interpreted as the influence of the quadrupole hyperfine interaction of 175 Lu (I= 7 / 2 ).
We report the first observation of hyperfine structure and isotope shift in autoionizing states. This structure was investigated in the $5{d}_{\frac{3}{2}}\mathrm{nf} J=4,5(n=36\ensuremath{-}40)$ barium Rydberg series, excited from the recently localized metastable $5{d}^{2}^{1}G_{4}$ level. An isotope-selective detection method was used in a cw laser spectroscopic experiment on a collimated atomic beam. The experimental data provide valuable additional information for the analyses of these doubly excited series.
Les atomes de Rydberg constituent des objets idéaux pour l’étude des systèmes physiques en interaction à longue portée. Transposer à ces atomes très excités les techniques habituelles d’imagerie et de piegeage des atomes froids offrirait de nouvelles opportunités pour le domaine de la simulation quantique. Notre approche consiste à utiliser un atome à deux électrons de valence optiquement actifs tel que l’ytterbium. En effet, les transitions optiques du coeur ionique de cet atome ouvrent la voie à de nombreuses perspectives pour la manipulation optique dans l'état de Rydberg. Lorsque l’atome est doublement excité, il peut néanmoins auto-ioniser puisque son énergie se situe au delà de la première limite d’ionisation. La possibilité de s’affranchir totalement de l’autoionisation est une question ouverte.Dans cette thèse, nous présentons en premier lieu les contributions apportées au montage de l’expérience,du refroidissement des atomes d’ytterbium sur la raie d’intercombinaison à l’excitation dans des états de Rydberg. A cause des interactions entre électrons de valence, la spectroscopie de ces états très excités est plus complexe dans l'ytterbium que dans les atomes alcalins. Une étude expérimentale couplée à une analyse par théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT) a été réalisée sur diverses séries Rydberg (s, p, d et f). Cette étude, prérequis essentiel, a permis d’améliorer la précision de plus de deux ordres de grandeur sur la spectroscopie des séries étudiées.L’excitation du coeur ionique a ensuite été mise en place sur la transition 6s1/2 → 6p1/2 . Nous avons alors étudié expérimentalement et théoriquement l’excitation du coeur isolé pour des états de Rydberg de grand moment orbital (l = 5 - 9). Cette étude a montré que l'auto-ionisation est dominée par le couplage au continuum de l'état de coeur 5d3/2. Par opposition a l'atome de baryum, pour lequel l'autoionisation chute rapidement avec le moment orbital de l'électron Rydberg, nous avons montré que cette tendance est moins marquée sur l'ytterbium. Grace à cette étude, nous pourrons déterminer les états pour lesquels la manipulation optique par laser est possible.
Les atomes de Rydberg constituent des objets idéaux pour l’étude des systèmes physiques en interaction à longue portée. Transposer à ces atomes très excités les techniques habituelles d’imagerie et de piegeage des atomes froids offrirait de nouvelles opportunités pour le domaine de la simulation quantique. Notre approche consiste à utiliser un atome à deux électrons de valence optiquement actifs tel que l’ytterbium. En effet, les transitions optiques du coeur ionique de cet atome ouvrent la voie à de nombreuses perspectives pour la manipulation optique dans l'état de Rydberg. Lorsque l’atome est doublement excité, il peut néanmoins auto-ioniser puisque son énergie se situe au delà de la première limite d’ionisation. La possibilité de s’affranchir totalement de l’autoionisation est une question ouverte.Dans cette thèse, nous présentons en premier lieu les contributions apportées au montage de l’expérience,du refroidissement des atomes d’ytterbium sur la raie d’intercombinaison à l’excitation dans des états de Rydberg. A cause des interactions entre électrons de valence, la spectroscopie de ces états très excités est plus complexe dans l'ytterbium que dans les atomes alcalins. Une étude expérimentale couplée à une analyse par théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT) a été réalisée sur diverses séries Rydberg (s, p, d et f). Cette étude, prérequis essentiel, a permis d’améliorer la précision de plus de deux ordres de grandeur sur la spectroscopie des séries étudiées.L’excitation du coeur ionique a ensuite été mise en place sur la transition 6s1/2 → 6p1/2 . Nous avons alors étudié expérimentalement et théoriquement l’excitation du coeur isolé pour des états de Rydberg de grand moment orbital (l = 5 - 9). Cette étude a montré que l'auto-ionisation est dominée par le couplage au continuum de l'état de coeur 5d3/2. Par opposition a l'atome de baryum, pour lequel l'autoionisation chute rapidement avec le moment orbital de l'électron Rydberg, nous avons montré que cette tendance est moins marquée sur l'ytterbium. Grace à cette étude, nous pourrons déterminer les états pour lesquels la manipulation optique par laser est possible.