VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
Chapitre 6
Refroidissement du nuage
Afin d’atteindre un régime de basse température, c’est à dire le régime cristallin, pour
lequel le couplage entre les ions et une impulsion lumineuse est maximal et bien contrôlé, il
est indispensable de refroidir l’échantillon atomique. Le méthode du refroidissement Doppler,
présenté au chapitre 2 a été mise en oeuvre avec les sources lumineuses présentées dans le chapitre
4. Les effets attendus, comme l’augmentation du temps de vie des ions dans le piège ou
encore la fluorescence des ions, ont été observés et caractérisés. On détaille dans ce chapitre
les principaux résultats, en adoptant une approche chronologique des expériences réalisées
ce qui permet d’apprécier les améliorations successives introduites au cours de ce travail de
thèse. Depuis les résultats apportant les premières preuves de l’effet des lasers de refroidissement,
jusqu’à la résolution spatiale individuelle des ions, trois régimes de température ont
été explorés : le régime de Mathieu à haute température (de 100 à 6000 K), le régime liquide
ou intermédiaire dans lequel l’énergie potentielle d’interaction n’est plus négligeable
devant l’énergie cinétique (température inférieure à 100 K) et enfin le régime cristallin à
faible température dans lequel le chauffage RF est inférieur à la puissance de refroidissement
(température inférieure à 1 K).
Dans ce chapitre, le laser qui adresse la transition de refroidissement S − P sera désigné
comme le laser bleu et le laser de repompage qui adresse la transition D − P sera désigné
comme le laser infrarouge.
6.1 Temps de vie
Une expérience préliminaire menée pour observer l’effet du refroidissement consiste à mesurer
le nombre d’ions piégés au cours du temps, et à évaluer si les ions restent confinés plus
longtemps en présence des lasers. Le chauffage RF a pour effet d’augmenter l’énergie des ions
dont la majorité finit par quitter le piège et seul un très faible nombre d’ions peu sensible au
chauffage peut être conservé. En présence des lasers de refroidissement correctement réglés,
l’effet du chauffage est réduit et les ions sont conservés plus longtemps. Même si l’ensemble
des paramètres laser n’est pas parfaitement optimisé, cet effet peut s’observer : on dispose
alors d’un moyen fiable de valider un jeu de paramètres expérimentaux, plus simple à mettre
en œuvre que la recherche d’un signal de fluorescence.
L’expérience a été menée avec la version 1.0 et les ions générés grâce au canon à électrons.
Elle consiste à effectuer une série de séquence de chargement-évolution libre-éjection-mesure,
en modifiant à chaque étape la durée de la phase d’évolution libre. Le temps de chargement