VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
4.6. TECHNIQUES D’IONISATION 97
4.6 Techniques d’ionisation
On décrit à présent les méthodes développées dans l’équipe pour produire les vapeurs
atomiques et les ioniser en utilisant une technique de bombardement électronique ou bien de
photoionisation. Le four atomique est caractérisé, on donne une estimation du flux d’atomes
neutres produits et de la probabilité d’ioniser un atome qui passe à travers le piège.
L’énergie nécessaire pour ôter un électron à un atome neutre de Strontium vaut 5.7 eV, ce
qui correspond à 217 nm en terme de longueur d’onde dans le vide. Il existe un état excité
auto-ionisant de l’atome neutre de Strontium à 5.74 eV du niveau fondamental [147] [148].
Cet état (4d 2 + 5p 2 ) 1 D2 peut être utilisé pour augmenter l’efficacité d’ionisation [131].
4.6.1 Vapeur de Strontium
Le four atomique, décrit à la page 87, contient une pépite de Strontium (morceaux dendritiques
Sigma Aldrich pureté 99.9%), maintenue par un filament de tungstène (de diamètre
100 microns et d’une longueur d’une dizaine de centimètres) enroulé sous forme de panier
spiralé. Pour vaporiser une fraction des atomes de la pépite, le filament est parcouru par
un courant de 1.15 A, correspondant à une puissance dissipée de 1.3 W. Pour estimer les
flux atomiques produits par le dispositif, il est nécessaire de connaître la température du
four. L’étalonnage de la température T du filament nu en fonction du courant I a été réalisé
en utilisant une mesure de la caractéristique tension-courant et les données tabulées de la
résistivité du tungstène en fonction de la température 8 . En supposant que la résistance aux
faibles intensités donne la résistance à 300 K, on connaît la résistivité en fonction du courant
et finalement la température. On déduit de cet étalonnage le facteur géométrique longueur
sur section du filament de 8.8×10 6 m −1 , et une longueur du filament de 7 cm, c’est à dire une
longueur en très bon accord avec ce qui a été utilisé expérimentalement. On obtient la courbe
T (I) de la figure 4.17. La température de fonctionnement est de 440 K (avec une inceritude
de 40 K environ), elle correspond, d’après [149] à une vapeur saturante du Strontium (en
équilibre avec du Strontium solide) d’environ 10 −11 mbar.
En admettant que la pression partielle de Strontium dans l’enceinte du four s’élève à cette
valeur, on en déduit la densité de ces atomes N0 (avec la loi des gaz parfaits, N0 = 10 11 m −3 )
et le flux atomique sortant du four 9 . Le diamètre de l’orifice étant de 3 mm, le débit vaut
10 8 at/s. Comme le libre parcours moyen est grand (supérieur au kilomètre) devant les autres
longueurs caractéristiques, l’évolution du faisceau est ballistique, et on peut estimer à partir
de la géométrie de la structure la fraction d’atomes qui atteint la zone de confinement à 1%.
On obtient un flux atomique utile de l’ordre de 10 6 at/s qui traverse le piège ainsi qu’une
densité atomique de N0 10 8 m −3 au centre du piège 10 . Enfin, on peut évaluer la largeur
des distributions des vitesses dans l’axe de propagation Va et transverse Vt qui dépendent de
8Zerda, T.W. Stefan Boltzmann Law. Texas Christian University. 2001. http ://personal.tcu.edu/˜zerda/manual/lab22.htm
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Pour une section s de sortie et une température T , le débit de fuite est donné par N0s m .
10Ces valeurs sont calculées de la manière suivante : le flux utile est le flux de sortie du four multiplié
par l’angle solide d’origine le centre de l’orifice et de base la plus grande ellipse que l’on peut inscrire
dans le piège. Cette ellipse a une surface de 5 × 10−5m2 et la distance d de l’orifice au centre du piège
est de 2 cm, ce qui donne un angle solide de 10−2 stéradian. La densité au niveau du piège est évaluée
à partir de la formule utilisée dans [129], elle est obtenue en multipliant la densité dans le four par le
s facteur 4πd2 = 10−3 .