VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
66 CHAPITRE 3. TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES
3.2.1 Création d’une vapeur neutre
On peut distinguer deux techniques de génération de vapeurs atomiques dans les expériences
d’ions piégés, la première est thermique et la seconde optique. Après en avoir précisé le principe,
on décrit pourquoi et comment on contrôle les flux atomiques qu’elles produisent. La
première méthode consiste à chauffer une pépite dans un four présentant un orifice : si le vide
est suffisant une partie de la pépite est sublimée et la vapeur produite s’échappe du four. La
seconde méthode d’ablation laser consiste à diriger un faisceau laser pulsé sur une surface
contenant l’atome à ioniser [124][125]. Si la durée des impulsions (environ 10 ns dans les
deux références citées) est très inférieure au temps caractéristique de diffusion thermique, la
température locale augmente fortement et une fraction de la paroi peut être vaporisée. A plus
haute énergie, des processus impliquant plusieurs photons produisent des ions et des électrons,
il se crée un plasma autour de l’impact [126]. L’énergie cédée par le faisceau augmente alors
sensiblement faisant apparaître de nombreux mécanismes par lesquels de la matière est arrachée
à la surface.
Il est nécessaire de contrôler le flux atomique, notamment, sa direction, sa divergence et son
intensité. Tout d’abord le flux atomique doit obligatoirement passer à l’intérieur du piège :
le potentiel de piégeage étant conservatif si l’ion est généré à l’extérieur de la zone de confinement,
il n’est pas possible de le piéger. D’autre part les atomes qui passent loin du centre
de la zone de confinement peuvent se déposer sur les électrodes du piège et dégrader l’état
de surface. La qualité de la surface influe fortement sur le chauffage dû aux fluctuations du
potentiel électrique et il semble important de limiter cette pollution particulièrement néfaste
pour les pièges microfabriqués [119]. Pour limiter la quantité d’ions susceptibles de rentrer
en collision avec les électrodes, on peut réduire la divergence voire l’intensité du faisceau
atomique, mais dans ce dernier cas le taux de création d’ions est réduit.
Dans la première méthode, la direction du flux atomique est donnée par la direction pépiteorifice
du four, la divergence du flux dépend du diamètre de sortie et de la distance orificepépite,
enfin l’intensité est pondérée par la température du four dont la variation est lente (les
temps d’allumage ou d’extinction valent typiquement plusieurs minutes). Dans la méthode
optique on oriente la surface cible perpendiculairement à la direction surface-piège, mais la
divergence du faisceau est très grande. Il est possible de filtrer le flux atomique en utilisant
des diaphragmes dont le rôle est d’éliminer les atomes qui divergent le plus. On obtient en aval
de ces diaphragmes un flux moins étendu spatialement et on limite la pollution au niveau
des électrodes. Cette méthode s’utilise également avec la méthode thermique. Concernant
l’intensité du flux, elle dépend de l’énergie des impulsions et les temps caractéristiques de
variation sont plus courts qu’avec un four : comme l’apport d’énergie est localisé à l’impact
du faisceau sur la surface, le temps d’extinction du flux est donné environ par le temps de
diffusion thermique. Dans [125], ce temps est de l’ordre de la seconde.
3.2.2 Techniques d’ionisation
Ioniser c’est apporter à un atome neutre l’énergie nécessaire pour qu’il se sépare d’un
électron. Habituellement, les ions piégés sont choisis parmi les éléments alcalino-terreux, et
les atomes neutres de cette colonne ont une énergie de première ionisation comprise entre
9 eV (atome de beryllium) et 5 eV (atome de barium). Cette énergie peut être apportée sous
forme cinétique par des électrons et transférée au cours d’une collision, ou bien sous forme lumineuse
dans une absorption de photons par l’atome neutre. Comme précisé précédemment,
l’ionisation doit avoir lieu à l’intérieur de la zone de piégeage, ce qui implique que les faisceaux