VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
6.2. EVOLUTION CHIMIQUE DES NUAGES 135
refroidissement est nettement visible.
6.2 Evolution chimique des nuages
En modifiant les conditions expérimentales par rapport à l’expérience précédente et notamment
en travaillant avec un facteur q bien plus faible, on diminue le micro-mouvement
et avec lui le chauffage RF. On observe alors des temps de vie de l’ordre de la journée,
avec ou sans lasers de refroidissement. On peut alors étudier l’évolution temporelle d’un
nuage d’ions contenant une centaine d’ions. On présente dans cette section, une expérience
montrant qu’une réaction chimique a lieu au sein du nuage d’ions Sr + lorsque les lasers de
refroidissement sont actifs. Le principe est de mesurer les variations temporelles de fluorescence
d’un nuage dont la population est connue.
On utilise pour cela un étalonnage préliminaire du signal de fluorescence (mesuré sur le photomultiplicateur
compteur de photons) initial en fonction du nombre d’ions (mesurés grâce
au détecteur). Une fois le nuage généré, le niveau de fluorescence est mesuré dans des conditions
laser bien identifiées et moins de 3 minutes après la fin du chargement on éjecte les
ions vers le détecteur. Les paramètres des lasers sont les suivants : pour le bleu la puissance
est de 2 mW et le désaccord de -4Γ, et pour l’infrarouge la puissance s’élève à 0.4 mW et le
désaccord est nul.
On procède ensuite à l’expérience proprement dite. On génère des nuages dont on mesure
le niveau de fluorescence initial, avec les paramètres laser précédents, ce qui nous donne la
population, grâce à l’étalonnage précédent. On laisse ensuite évoluer les nuage d’ions durant
plusieurs dizaines de minutes, jusqu’à 4 heures maximum, en éclairant ou non le nuage par
les lasers de refroidissement. On mesure la fluorescence du nuage à la fin de l’évolution, toujours
avec les mêmes paramètres laser, puis on mesure le nombre d’ions en éjectant le nuage
vers le détecteur. On a donc ainsi accès aux populations initiale et finale, et aux niveaux de
fluorescence initial et final.
On observe tout d’abord que le nombre d’ions n’est pas modifié et que si les lasers de refroidissement
n’éclairent pas le nuage, le niveau de fluorescence final n’est pas modifié non plus.
La quantité d’ions piégés reste donc constante durant la phase d’évolution, et en absence
des lasers il en va de même pour la population d’ions fluorescents. On observe également
qu’en présence des lasers, le niveau de fluorescence diminue, alors que le nombre total d’ions
piégés reste constant. La population d’ions fluorescents a donc diminué au profit d’une autre
population non fluorescente, et on est donc en présence d’une réaction chimique.
La figure 6.2 représente, pour quatre nuages éclairés, l’évolution de la fluorescence relative
(c’est à dire rapportée au niveau initial après chargement) au cours du temps. Dans ces quatre
mesures, la décroissance du signal de fluorescence relative est exponentielle et le temps de
décroissance vaut 123 min soit un peu plus de deux heures.
On interprète ces résultats par l’existence d’une réaction chimique photo assistée. Elle se
produit lorsque les ions Sr + se trouvent dans les niveaux excités 5p P 1/2 et 4d D 3/2, peuplés
uniquement en présence des lasers de refroidissement. Cette réaction chimique peut être un
échange de charge ou bien une formation de molécule. Dans [157] et [107] des réactions chimiques
dans des nuages d’ions Magnésium et Calcium ont été identifiées et caractérisées,
leurs équations bilan sont les suivantes :