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EXPERIENCES AVEC DES ATOMES DE RYDBERG ET DES MOLECULES ULTRA-FROIDS.

D. Comparat

Published Nov 20, 2008• 1 citation
OpenAlex

Abstract

3 Résumé: articles + Curriculum vitæ 13 3.1 Atomes de Rydberg.................................. 13 3.2 Plasmas ultra-froids.................................. 14 3.2.1 Application à la formation d’antihydrogène................. 14 3.2.2 Application à la production d’un faisceau d’ions ou d’électrons...... 15 3.3 Photoassociation et molécules froides........................ 15 3.4 Chargement d’un piège dipolaire: vers la condensation de Bose-Einstein d’atomes et de molécules de césium.............................. 16 3.5 Étude des conditions d’adiabaticité......................... 17 3.6 Projets futurs..................................... 17 3.7 Curriculum vitæ................................... 17 Bibliographie........................................ 26

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•Nov 25, 2015•0 citations
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Cette thèse traite des interactions à très longue portée entre atomes de Rydberg froids. Elle présente les résultats de la première réalisation du blocage dipolaire, qui se traduit par une limitation de l'excitation d'un ensemble d'atomes vers un état de Rydberg en raison du déplacement des niveaux d'énergie lié aux interactions dipôle-dipôle entre atomes. L'importance de l'implication du blocage dipolaire a été soulignée pour l'information quantique avec la possible réalisation de portes quantiques conditionnelles à deux qubits. La mise en évidence du blocage dipolaire est présentée dans le cadre de deux configurations expérimentales différentes : en présence d'un champ électrique et à résonance de Förster. Parvenir à la maîtrise du blocage dipolaire de l'excitation vers des états de Rydberg a demandé un contrôle important des conditions expérimentales : compensation des champs parasites, contrôle des sources d'ionisation d'atomes, contrôle de l'intensité laser d'excitation pour se placer en-dessous du seuil de saturation par puissance. Des études complémentaires ont été réalisées, telle que celle des forces dipolaires entre atomes de Rydberg responsables d'un phénomène d'ionisation Penning, aussi à l'origine de la formation d'un plasma ultra-froid. Une autre étude concerne le processus du transfert d'excitation à résonance de Förster, dont les propriétés de cohérence ont été analysés par une technique spectroscopique originale dite de "creusement spectral".
Les énergies typiques de l’interaction dipolaire entre atomes de Rydberg sont plusieurs ordres de grandeur au-dessus des énergies d’interaction d’atomes et molécules dans le niveau fondamental. Une échelle de distance de plusieurs micromètres découle de cette interaction, ce qui est à l’origine du phénomène de blocage dipolaire, ou la suppression d’excitations d’atomes de Rydberg dans des nuages atomiques denses. Dans une première partie de cette thèse, nous étudions l’application de ce phénomène à l’excitation déterministe d’un atome unique à partir d’un condensat de Bose-Einstein piégé magnétiquement devant une puce à atomes. Une deuxième partie est consacrée à l’étude de l’interaction dipolaire d’ensembles denses d’atomes de Rydberg par spectroscopie microonde des transitions vers les niveaux de Rydberg proches en énergie. Ces ensembles sont créés par excitation laser à partir d’un nuage froid d’atomes de Rb87 dans l’état fondamental. Les spectres des transitions microonde sont élargis et déplacés par l’interaction dipolaire. L’étude de ces spectres permet ainsi d’inférer plusieurs aspects de la distribution spatiale des atomes de Rydberg créés, ce qui révèle différents processus d’excitation selon que la lumière laser est à résonance ou désaccordée. L’évolution mécanique du nuage d’atomes de Rydberg en fonction de leur interaction répulsive a aussi été observée, grâce à une série de spectres microonde à différents délais de l’excitation. Nous montrons ainsi que, pour des échelles temporelles supérieures à 10µs, leur mouvement doit être pris en compte pour la compréhension de la dynamique d’excitation de Rydberg dans des nuages atomiques denses.
Les propriétés exacerbées des atomes de Rydberg ont permis d'étendre les possibilités offertes par les atomes froids dans la création de gaz d'atomes en très forte interaction, avec des applications notamment en simulations quantiques, dans la physique à N corps ou dans la réalisation de portes quantiques grâce au phénomène de blocage dipolaire. L'utilisation des atomes de Rydberg froids est cependant actuellement limitée par le fait qu'il n'est pas possible de continuer d'appliquer les techniques expérimentales de manipulation optique avec les atomes à un électron actif. L’attention de la communauté des atomes de Rydberg froids s’est donc récemment portée sur les atomes à deux électrons actifs qui offrent la possibilités, une fois l’un des deux électrons excité vers un état de Rydberg, de disposer d’un second électron optiquement actif qu’il va être possible de manipuler par laser. L’objectif de cette thèse est d’étendre les techniques de manipulation optique aux atomes à deux électrons actifs excités dans des états de Rydberg, dans le cas de l’atome d’ytterbium. Elle présente d’une part la conception et l’assemblage du dispositif expérimental permettant l’obtention d’une source d’atomes de Rydberg froids d’ytterbium. A terme, ce montage permettra la manipulation optique de ces atomes de Rydberg. D’autre part, elle présente le développement d’un modèle numérique implémentant la théorie du défaut quantique à plusieurs voies pour permettre la détermination théorique du spectre énergétique de l’ytterbium ainsi que son comportement sous l’effet de perturbations extérieures.