VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
2.2. REFROIDISSEMENT D’ION ALCALINO-TERREUX 57
est :
|d =
mi
ci|mi
Les coefficients ci dépendent de la polarisation choisie. Déstabiliser |d c’est à dire diminuer
autant que possible la population qui s’y accumule, s’effectue en le rendant dépendant du
temps. Deux stratégies ont été analysées, la première
consiste à rajouter un champ magnétique
qui lève la dégénérescence des sous niveaux |mi et introduit une phase proportionnelle au
temps et au déplacement en énergie ɛi dans l’expression de |d , et la seconde repose sur la
modulation de la polarisation du repompeur. L’expression générale de |d devient :
|d(t) =
mi
−ɛit/¯h
ci(E(t))|mi e
La fréquence Fp qui caractérise la perturbation, sera dans le cas du champ magnétique
|ɛ 1/2|/h et dans la cas de la modulation de polarisation la fréquence de modulation. On
peut déterminer le meilleur choix de Fp par rapport aux autres fréquences caractéristiques
du système, à savoir les fréquences de Rabi des deux excitations et la largeur naturelle de la
transition, en calculant à partir des équations de Bloch optique, la population excitée et la
largeur effective de la transition de refroidissement. Les résultats montrent qu’on optimise la
déstabilisation pour
Γ/100 < 2π × Fp < Γ/10
Si Fp est en deçà de l’intervalle, la déstabilisation de l’état noir D n’est pas suffisante et
peu d’atomes participent au refroidissement ; si, au contraire, Fp est au-delà de l’intervalle, le
champ lumineux se désaccorde sensiblement de la transition et on sort de la résonance pour
certains sous niveaux de 2 D 3/2.
Refroidissement Les ions étant confinés par le piège électrostatique, il n’est pas utile
de créer une mélasse optique. L’effet d’un seul faisceau réduit la vitesse des ions dans un
sens d’une direction de l’espace, mais ces atomes étant confinés c’est leur énergie cinétique
totale qui est réduite. De plus, grâce aux interactions coulombiennes la diminution d’énergie
cinétique d’une proportion d’ions est partagée par l’ensemble des ions piégés : c’est le refroidissement
sympathique (voir page 61). Donc, le refroidissement Doppler permet de réduire
in fine la température de l’ensemble des ions piégés quelque soit leur vitesse initiale, et n’est
pas seulement limité aux ions dont la vitesse est inférieure à la vitesse de capture.
Le refroidissement est d’autant plus fort que la population dans le niveau excité est importante.
On choisira donc un désaccord du repompeur pas trop éloigné de zéro, et pour éviter
l’état noir S − D on cherchera à éviter la situation δb = δr. Comme établi précédemment, le
refroidissement ne peut avoir lieu que pour un désaccord δb négatif, et le choix de sa valeur
dans un système à deux niveaux est motivé par la température finale du refroidissement. Dans
le cas des ions piégés la problématique est plus complexe, car pour atteindre le régime cristallisé
il faut assurer un refroidissement toujours plus important que le phénomène de chauffage.
Il est assez délicat de connaître le désaccord idéal pour refroidir le milieu, parce que les ions
les plus rapides participent davantage au chauffage RF : choisir un désaccord δb faible c’est
choisir d’interagir avec les ions lents peu responsables du chauffage, et choisir un désaccord δb
important aboutit à une température finale plus importante. Dans les expériences de cristallisation,
il est courant d’utiliser deux faisceaux aux désaccords différents ou bien un désaccord
variable.