VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

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tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009 150 CHAPITRE 6. REFROIDISSEMENT DU NUAGE Fig. 6.12 – Clichés de cristaux contenant 3 et 7 ions piégés. Le temps de pose est de 500 ms pour la première image, de 10 secondes pour le seconde. Les axes sont gradués en micromètres
tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009 6.4. IMAGERIE 151 Cet effet est tel qu’il est d’ailleurs difficile de distinguer avec le système d’imagerie utilisé des chaînes contenant plus de dix ions. On peut interpréter simplement ce rapprochement entre ions voisins par la compétition entre l’énergie potentielle de piégeage et l’énergie potentielle coulombienne [160]. La distance inter-ion pondère la force de répulsion, et pour un ion à l’équilibre situé à l’extrémité de la chaîne cette force doit être égale à la force de rappel du pseudo-potentiel. En ajoutant un ion à chaque extrémité de la chaîne et en supposant que la distance entre voisins ne change pas, ces nouveaux ions ne sont pas à l’équilibre : la force de rappel est supérieure à la force de répulsion. Aussi les ions aux extrémités se rapprochent de leur voisin, jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint. Les autres ions se réarrangent spatialement : la distance inter-ion se stabilise à une valeur plus faible et la force de répulsion à une valeur plus forte. D’autre part, on constate que le niveau de fluorescence par ion diminue à mesure que la chaîne contient davantage d’atomes. Pour un ion unique on atteint quasiment Γ/5, alors que pour une chaîne de 7 ions ce niveau est de Γ/15. La tendance se confirme pour des chaînes plus importantes. Cet effet peut s’interprèter par une augmentation de l’énergie cinétique des ions. Ions non fluorescents La figure 6.13 contient trois clichés de cristaux contenant 8 ions fluorescents. Ces clichés ont été pris à peu de temps d’intervalle, et font clairement apparaître un défaut dans la chaîne. Cette lacune dans la chaîne est due à un neuvième ion qui ne fluoresce pas mais dont l’énergie cinétique est suffisamment faible pour faire partie de la structure. Il n’est pas refroidi par les lasers puisqu’il ne fluoresce pas, mais par refroidissement sympathique, c’est à dire par interaction coulombienne avec ses voisins. Il s’agit d’un isotope 86 ou 87 du Strontium généré par photoionisation et chargé dans le piège, ou bien d’un produit de réaction chimique comme l’ion SRH + . Dans le premier cas, son énergie initiale esttransmise peu à peu aux ions de la chaîne par le couplage coulombien et finit par être totalement enlevée de l’ensemble atomique par refroidissement Doppler. Notons que le déplacement isotopique de la transition S −P est de -170 MHz pour l’ion 86 Sr + , et que pour l’ion 87 Sr + une structure hyperfine apparaît et le décalage est supérieur au GHz. Il est impossible que l’ion 87 Sr + puisse fluorescer lorsqu’il est soumis aux lasers de refroidissement utilisés, mais en revanche il est possible que l’ion 86 Sr + puisse être excité si le désaccord δb est modifié. Il est également possible que cet ion soit produit lors d’une réaction chimique entre un ion 88 Sr + et des atomes du gaz résiduel présent dans la chambre à vide. Des réactions chimiques entre des ions magnesium et des molécules de dihydrogène ont déjà été observées et identifiées dans [107]. L’équation bilan établie est Mg + +H → MgH + +H et cette réaction est qualifiée de photochimique car elle n’a lieu que lorsque le laser de refroidissement éclaire l’échantillon (c’est à dire que l’ion Mg + se situe nécessairement dans l’état P pour que la réaction soit possible). Une réaction équivalente impliquant les ions Strontium a été observée durant une expérience caractérisant l’évolution temporelle de la fluorescence d’un nuage contenant une centaine d’ions. Lorsque les lasers de refroidissement éclairent durant plusieurs heures l’échantillon atomique, on observe une chute du signal de fluorescence, tous les paramètres de l’expérience étant maintenus constants. Le signal baisse d’environ 30% pour une durée de deux heures. La même expérience a été menée sans les lasers de refroidissement et aucune baisse du signal de fluorescence n’a été constatée. La mesure du nombre
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