Vers les mélanges quantiques dégénérés d'atomes fermioniques

• Main Author: Salez, Thomas
• Language: ENG
• Published: Ecole Normale Supérieure de Paris - ENS Paris 2011
• Subjects: [PHYS:PHYS:PHYS_ATOM-PH] Physics/Physics/Atomic Physics; atomes; ultrafroids; Fermi; mélange; transport; magnétique; lithium; potassium; optique; BEC; BCS; simulateur; quantique; dégénéré; gaz
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00636899; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/65/86/31/PDF/thesis_Salez.pdf

Au cours de ce travail de doctorat, 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 flexible. En effet, là où certains problèmes quantiques à N corps en interaction, comme la supraconductivité à haute température critique ou l'antiferromagnétisme frustré, sont difficiles à aborder analytiquement et numériquement, les atomes froids, systèmes purs et contrôlables jusque dans leur interaction, offrent un point de vue complémentaire intéressant. Lors de la conception du dispositif expérimental, 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 photoassociation, 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 du programme de contrôle et des diagnostiques numériques, constitue le coeur de mon travail. Son efficacité a pu être testée et optimisée, permettant ainsi un transfert performant du mélange vers la cellule finale. Aussi, à l'issue de cette thèse, tous les outils sont opérationnels pour poursuivre le refroidissement du mélange par évaporation dans un piège magnétique, et par conséquent le champ est ouvert pour la simulation quantique et la compréhension de problèmes à N corps dans les mélanges de gaz de Fermi ultra-froids.