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Towards quantum degenerate Fermi mixtures: Photoassociation of weakly bound 6Li40K molecules

A. Ridinger

Published Jan 1, 2011• 0 citations
Publisher

Abstract

Mon projet de thèse a eu pour objectif la construction d un dispositif expérimental visant à étudier, à très basse température, un mélange de gaz dégénéré composé de deux espèces fermioniques: 6Li et 40K. Une description détaillée du montage de sa mise en place ainsi qu une caractérisation du dispositif sont présentés. Nous avons réalisé un piège magnéto-optique à deux espèces avec un très grand nombre d atomes, et un transport magnétique sur une grande distance. Les premières expériences avec le mélange atomique ont permis la première création de molécules hétéronucléaires excitées 6Li40K* par photoassociation. Nous avons enregistré des spectres de photoassociation et nous avons déduit la forme des potentiels moléculaires à longues distances. Sur le plan théorique, nous nous sommes intéressés au mouvement de particules quantiques dans un potentiel oscillant rapidement. Nous avons étudié une nouvelle méthode pour leur manipulation, qui consiste à induire un changement instantané de phase du potentiel. La méthode proposée a trouvé une première application pour les condensats de Bose-Einstein piégé à l aide d un piège magnétique du type TOP .

DOI
10.13140/2.1.1763.5203

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Towards quantum degenerate atomic Fermi mixtures : design of the experiment and magnetic transport of lithium 6 - potassium 40

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Au cours de cette thèse, j'ai participé au montage complet d'une expérience visant à refroidir et manipuler deux espèces atomiques alcalines fermioniques, 6Li et 40K. Le dispositif expérimental a pour objectifs l'étude des mélanges de fermions ultra-froids de masses différentes et la réalisation d'un simulateur analogique quantique versatile. Lors de sa conception, nous avons assemblé une enceinte à ultra-vide, réalisé un système laser stabilisé complet pour chaque espèce et mis en place deux sources atomiques performantes, un ralentisseur Zeeman de 6Li et un piège magnéto-optique bidimensionnel de 40K; la plupart des grandeurs optiques et électriques ainsi que les diagnostiques d'imagerie étant contrôlés par voie informatique. Ces premières étapes ont permis l'obtention d'un piège magnéto-optique à deux espèces performant, contenant typiquement 5x10^9 atomes de 6Li et 8x10^9 atomes de 40K. Dans cette configuration, nous avons produit les premières molécules hétéronucléaires de 6Li40K* par photo-association, pour lesquelles nous avons observé et identifié 70 raies rovibrationnelles. Dans une seconde partie, je décris en détail le transport magnétique du mélange atomique entre la cellule du piège magnéto-optique et une cellule d'expérience, où règne un vide poussé et bénéficiant d'un grand accès optique. Ce dispositif complet, de sa conception à son optimisation expérimentale, en passant par son assemblage mécanique et la mise en place de diagnostiques numériques, fait partie intégrante de mon travail. Son efficacité a pu être testée et optimisée, permettant ainsi un transfert performant du mélange vers la cellule finale

•Jan 1, 2011•0 citations

Piégeage et refroidissement d'atomes fermioniques alcalins jusqu'à dégénérescence quantique : refroidissement sub-doppler du Potassium-40 et du Lithium-6 dans des mélasses grises

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Ce mémoire décrit la conception, la construction et la caractérisation d'un appareil capable de piéger et refroidir des atomes fermioniques de 6Li et 40K à des températures ultrabasses. L'étude des mélanges des gazes de Fermi dégénérés ouvre la porte vers la création des nouveaux systèmes quantiques à N corps. Nous présentons une nouvelle technique de refroidissement laser capable de refroidir simultanément 6Li et 40K à des températures sub-doppler basée sur un schéma de molasses grises fonctionnant sur la transition atomique D1. Cette stratégie améliore la densité dans le espace des phases des deux espèces atomiques à 104, la valeur la plus élevée rapportée dans la littérature pour le refroidissement laser du 6Li et du40K. L'optimisation d'un dispositif capable de transporter un nuage atomique piégé magnétiquement de l'enceinte MOT à une cellule de science est décrite. Dans cette cellule on effectue du refroidissement évaporatif d'abord dans un piège magnétique quadripolaire dont le zéro du champ est interdit par un potentiel répulsif et après dans un piège optique dipolaire. Nous rapportons la production d'un gaz quantique de Fermi dégénéré de 1.1x106 atomes de 40K dans un piège dipolaire croisé avec T/TF = 0.27,ouvrant la voie à la création des superfluides de 40K en interactions fortes.

•Sep 29, 2014•0 citations

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Shu‐Wei Jin

Une expérience de nouvelle génération pour l'étude de gaz de Fermi en interaction forte Cette thèse expose la construction d’une expérience de gaz quantiques de nouvelle génération, ayant pour objectif d’étudier les gaz de Fermi de ⁶Li en interaction forte. Une description détaillée du design et de la mise en œuvre, ainsi que la caractérisation du montage sont présentées. Nous avons réalisé un grand piège magnéto-optique de ⁶Li, suivi par une mélasse grise, afin de refroidir efficacement les atomes à des températures sub-Doppler, ce qui constitue un excellent point de départ pour le chargement dans un piège dipolaire optique. Un transport optique avec une haute efficacité conjointement à un refroidissement évaporatif à l’unitarité permet la production d’un gaz de Fermi ultrafroid de ⁶Li à la fin d'une séquence d’une durée totale de 16s. Combinée avec l’utilisation de l’imagerie à atome unique et de potentiels sur-mesure, cette nouvelle machine ouvre la voie à des expériences nouvelles sur les gaz de Fermi ultrafroids, comme par exemple la mesure des fonctions de corrélation dépendant du spin ou la recherche des phases exotiques de superfluides à déséquilibre de spin.

•Dec 19, 2019•0 citations

Trapping and cooling of fermionic alkali atoms to quantum degeneracy : Sub-Doppler cooling of Potassium-40 and Lithium-6 in gray molasses

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•Sep 29, 2014•0 citations

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•Jan 1, 2008•0 citations

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Cette thèse expose la construction d’une expérience de gaz quantiques de nouvelle génération, ayant pour objectif d’étudier les gaz de Fermi de ⁶Li en interaction forte. Une description détaillée du design et de la mise en œuvre, ainsi que la caractérisation du montage sont présentées. Nous avons réalisé un grand piège magnéto-optique de ⁶Li, suivi par une mélasse grise, afin de refroidir efficacement les atomes à des températures sub-Doppler, ce qui constitue un excellent point de départ pour le chargement dans un piège dipolaire optique. Un transport optique avec une haute efficacité conjointement à un refroidissement évaporatif à l’unitarité permet la production d’un gaz de Fermi ultrafroid de ⁶Li à la fin d'une séquence d’une durée totale de 16s. Combinée avec l’utilisation de l’imagerie à atome unique et de potentiels sur-mesure, cette nouvelle machine ouvre la voie à des expériences nouvelles sur les gaz de Fermi ultrafroids, comme par exemple la mesure des fonctions de corrélation dépendant du spin ou la recherche des phases exotiques de superfluides à déséquilibre de spin.

•Dec 19, 2019•0 citations
Mon projet de thèse a eu pour objectif la construction d un dispositif expérimental visant à étudier, à très basse température, un mélange de gaz dégénéré composé de deux espèces fermioniques: 6Li et 40K. Une description détaillée du montage de sa mise en place ainsi qu une caractérisation du dispositif sont présentés. Nous avons réalisé un piège magnéto-optique à deux espèces avec un très grand nombre d atomes, et un transport magnétique sur une grande distance. Les premières expériences avec le mélange atomique ont permis la première création de molécules hétéronucléaires excitées 6Li40K* par photoassociation. Nous avons enregistré des spectres de photoassociation et nous avons déduit la forme des potentiels moléculaires à longues distances. Sur le plan théorique, nous nous sommes intéressés au mouvement de particules quantiques dans un potentiel oscillant rapidement. Nous avons étudié une nouvelle méthode pour leur manipulation, qui consiste à induire un changement instantané de phase du potentiel. La méthode proposée a trouvé une première application pour les condensats de Bose-Einstein piégé à l aide d un piège magnétique du type TOP .
Au cours de cette thèse, j'ai participé au montage complet d'une expérience visant à refroidir et manipuler deux espèces atomiques alcalines fermioniques, 6Li et 40K. Le dispositif expérimental a pour objectifs l'étude des mélanges de fermions ultra-froids de masses différentes et la réalisation d'un simulateur analogique quantique versatile. Lors de sa conception, nous avons assemblé une enceinte à ultra-vide, réalisé un système laser stabilisé complet pour chaque espèce et mis en place deux sources atomiques performantes, un ralentisseur Zeeman de 6Li et un piège magnéto-optique bidimensionnel de 40K; la plupart des grandeurs optiques et électriques ainsi que les diagnostiques d'imagerie étant contrôlés par voie informatique. Ces premières étapes ont permis l'obtention d'un piège magnéto-optique à deux espèces performant, contenant typiquement 5x10^9 atomes de 6Li et 8x10^9 atomes de 40K. Dans cette configuration, nous avons produit les premières molécules hétéronucléaires de 6Li40K* par photo-association, pour lesquelles nous avons observé et identifié 70 raies rovibrationnelles. Dans une seconde partie, je décris en détail le transport magnétique du mélange atomique entre la cellule du piège magnéto-optique et une cellule d'expérience, où règne un vide poussé et bénéficiant d'un grand accès optique. Ce dispositif complet, de sa conception à son optimisation expérimentale, en passant par son assemblage mécanique et la mise en place de diagnostiques numériques, fait partie intégrante de mon travail. Son efficacité a pu être testée et optimisée, permettant ainsi un transfert performant du mélange vers la cellule finale
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Piégeage et refroidissement d'atomes fermioniques alcalins jusqu'à dégénérescence quantique : refroidissement sub-doppler du Potassium-40 et du Lithium-6 dans des mélasses grises Ce mémoire décrit la conception, la construction et la caractérisation d'un appareil capable de piéger et refroidir des atomes fermioniques de 6Li et 40K à des températures ultrabasses. L'étude des mélanges des gazes de Fermi dégénérés ouvre la porte vers la création des nouveaux systèmes quantiques à N corps. Nous présentons une nouvelle technique de refroidissement laser capable de refroidir simultanément 6Li et 40K à des températures sub-doppler basée sur un schéma de molasses grises fonctionnant sur la transition atomique D1. Cette stratégie améliore la densité dans le espace des phases des deux espèces atomiques à 104, la valeur la plus élevée rapportée dans la littérature pour le refroidissement laser du 6Li et du40K. L'optimisation d'un dispositif capable de transporter un nuage atomique piégé magnétiquement de l'enceinte MOT à une cellule de science est décrite. Dans cette cellule on effectue du refroidissement évaporatif d'abord dans un piège magnétique quadripolaire dont le zéro du champ est interdit par un potentiel répulsif et après dans un piège optique dipolaire. Nous rapportons la production d'un gaz quantique de Fermi dégénéré de 1.1x106 atomes de 40K dans un piège dipolaire croisé avec T/TF = 0.27,ouvrant la voie à la création des superfluides de 40K en interactions fortes.
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