VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
68 CHAPITRE 3. TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES
zone de confinement. La collision avec un atome neutre peut donc se produire à n’importe
quel endroit du piège, de sorte qu’un ion est généré avec une énergie potentielle moyenne
qui est une fraction de la profondeur du piège. Celle-ci donne donc approximativement la
température du nuage produit. Le bombardement électronique donne lieu à une dégradation
du potentiel de piégeage : si certains électrons rentrent en collision avec des atomes, d’autres
peuvent s’écraser sur les électrodes de haut potentiel ou bien sur des morceaux de céramique
isolante. Ces diélectriques acquièrent alors une charge, un champ parasite est créé et le potentiel
moyen de piégeage est dégradé.
Le taux de chargement finalement obtenu dépend du flux atomique, de l’énergie des électrons
et de leur flux. Dans des expériences à faible nombre d’ions et notamment pour les pièges microfabriqués,
où on limite au maximum la pollution de l’environnement, les flux sont faibles
et les taux sont typiquement de 0.01 ion/sec. (environ un ion par minute) [127][128]. On
peut atteindre des taux d’un ion/sec.[129] et rien n’empêche de travailler avec des taux plus
importants. Cependant le taux de création d’ions n’est pas une grandeur très pertinente s’il
n’est pas mise en perpective avec la qualité du vide et les effets de la pollution des électrodes.
Photoionisation La seconde méthode couramment utilisée est la photoionisation : des
photons apportent à l’atome neutre l’énergie nécessaire pour se séparer d’un électron. Il n’a
pas été développé de méthodes d’ionisation des alcalino-terreux par absorption d’un seul photon
: cela nécessite d’éclairer les atomes alcalino-terreux avec une longueur d’onde UV située
entre 100 et 250 nm, ce qui est relativement coûteux à obtenir. Les techniques développées
impliquent généralement l’absorption de deux photons éventuellement de même énergie, et
le plus souvent l’absorption du premier photon porte l’atome neutre dans un état excité.
On détaille ici cette méthode et quelques exemples expérimentaux. Le second photon peut
porter l’atome dans un niveau auto-ionisant 4 [127] [129] [130] [131] ou bien simplement dans
le continuum d’états au delà du seuil [132]. Dans le cas où l’énergie de ce premier photon
est supérieure à la moitié de l’énergie d’ionisation, l’absorption d’un second photon de
même longueur d’onde ionise l’atome. C’est la technique proposée pour tous les alcalinoterreux
dans [133] et appliquée au Magnésium (niveau intermédiaire 3s3p 1 P1) et au Calcium
(niveau intermédiaire 4s5p 1 P1). Les deux faisceaux étaient générés par doublage de
fréquence d’un laser à colorant dans une cavité en anneau, ce qui est relativement coûteux
et exigeant expérimentalement lorsqu’on le compare à des diodes éventuellement doublées en
fréquence. C’est ce qui motive les autres expériences menées sur le Calcium [127] [129] [130]
et sur le Strontium [131]. Trois chemins de photoionisation du Calcium et du Strontium sont
schématiquement représentées sur la figure 3.6. Compte tenu de la largeur du premier niveau
qui vaut typiquement plusieurs dizaines de MHz, la première transition est éclairée par un
laser continu asservi en longueur d’onde. Si le schéma n’implique pas un niveau auto-ionisant
la seconde transition peut être éclairée par un faisceau spectralement large comme une diode
électro-luminescente [129] ou un laser pulsé dont les hautes intensités de pic peuvent augmenter
l’efficacité d’ionisation.
Une autre technique de photo-ionisation que nous avons développée au laboratoire dans le
cadre de ma thèse est détaillée au chapitre 5.
Comparée au bombardement électronique, la méthode optique présente de nombreux avantages.
Tout d’abord il n’y a plus de canon à électrons, c’est à dire d’une part plus de risque
4 c’est à dire un autre niveau excité de l’atome dont l’énergie est supérieure au seuil d’ionisation ou
suffisamment proche pour que les perturbations extérieures permettent la perte d’un électron