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Pi

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... Pi geage d atomes de Rydberg au voisinage d un chip supraconducteur , rapport de DEA (2003) E.Young, rapport de stage long de MIP2 ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Pi


1
Piégeage datomes au voisinage de microcircuits
2
Piégeage datomes au voisinage de microcircuits
  • Composants électroniques de quelques cm²
    circuits micrométriques  microgravés 
  • Idée piéger des atomes froids neutres grâce aux
    champs B créés par ces courants
  • Historique
  • 95 proposé
  • 99 démonstrations expérimentales
  • 02 condensation de Bose-Einstein
  • Depuis caractérisation et premières
    utilisations
  • Sujet à la mode !
  • Références proposées
  • J.Reichel et al.  Applications of integrated
    magnetic microtraps  Appl. Phys. B 72, 81-89
    (2001)
  • P.Treutlein et al.  Coherence in microchips
    traps , PRL 92,203005 (2004)

3
PLAN I / Présentation des  Atom chips  II /
Cohérence dun atome piégé
PLAN I / Présentation des  Atom chips  II /
Cohérence dun atome piégé
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Piège magnéto-optique
  • Refroidissement Doppler
  • Absorption dun photon transfert dimpulsion
    lumièregtmatière
  • Émission spontanée isotrope en moyenne
  • Généralisation 3D effet Doppler
  • Piège magnéto-optique
  • Levée de dégénérescence Zeeman dans un champ
    quadrupolaire Bb(x,y,-2z)
  • Polarisation des lasers 3 paires de faisceaux
    contrapropageants de même hélicité

Force moyenne de frottement fluide
A partir de http//www.lkb.ens.fr/recherche/atfroi
ds/tutorial/index2.htm
Force de rappel élastique piégeage
b grand piège confinant
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Piège magnéto-optique transposition aux atom
chips
  • Champ magnétique quadrupolaire

J.Reichel, Appl. Phys. B 75, 469487 (2002)
  • Superposition
  • du champ créé par un fil infini
  • dun champ homogène perpendiculaire au fil
  • gt Champ quadrupolaire 2D avec AXES à 45

Champ quadrupolaire 2D avec AXES à 45
Fil en U piégeage également suivant x gt champ
quadrupolaire 3D (axes à 45)
  • z0 a I b(z0) a I-1
  • Effet de la largeur finie des fils

J.Reichel, Appl. Phys. B 75, 469487 (2002)
6
Piège magnéto-optique transposition aux atom
chips
  • 6 faisceaux laser

Piège magnéto optique miroir 2 des 6 faisceaux
sont générés par réflexion sur une couche dor
J.Reichel, Appl. Phys. B 75, 469487 (2002)
  • Polarisations

3 paires de faisceaux contrapropageants de même
hélicité
Daprès J.Schmiedmayer, www.atomchip.net
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Chargement du piège mode opératoire
  • Du moins confinant au plus confinant
  • Piège magnéto-optique miroir avec deux bobines
    macroscopiques
  • Peu confinant, accumulation de beaucoup datomes
  • Transfert du centre du PMO plus près de la
    surface du chip
  • Passage adiabatique au champ du courant en U plus
    champ homogène ( bias ) 108 atomes
  • Piège magnéto-optique miroir avec deux bobines
    macroscopiques
  • Peu confinant, accumulation de beaucoup datomes
  • Transfert du centre du PMO plus près de la
    surface du chip
  • Piège magnéto-optique miroir avec deux bobines
    macroscopiques
  • Peu confinant, accumulation de beaucoup datomes

(Remarque imagerie par fluorescence ou
absorption)
J.Reichel et al, Appl. Phys. B 72, 8189 (2001)
  • Limitations du piège magnéto-optique
  • But augmenter
  • Densité dans lespace réel n
  • Densité dans lespace des phases nj
  • Limitation nmax nécessité dun piège
    sans laser piège magnétique

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Piège magnétique description et mise en œuvre
expérimentale
  • On éteint les lasers V g mF mB B
  • Champ quadrupolaire gt transition de Majorana
    ( spin-flip )
  • Nécessité dun champ non nul au centre
    Ioffe-Pritchard champ harmonique
  • On éteint les lasers V g mF mB B
  • Champ quadrupolaire gt transition de Majorana
    ( spin-flip )
  • Nécessité dun champ non nul au centre
    Ioffe-Pritchard champ harmonique
  • Remarque piège magnétique encore hamiltonien
  • CBE obtenu par refroidissement
    évaporatif (onde rf)
  • Images

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Manipulations plus complexes
J.Schmiedmayer, www.atomchip.net
J.Schmiedmayer, www.atomchip.net
J.Reichel, www.mpq.mpg.de/jar
a Transport du CBE sur 1.6 mm en 100 ms avec le
tapis roulant magnétique. b Images de temps de
vol après relâchement du piège, en 19.3 ms
Structure bimodale après le transport (cigare)
cest encore un condensat !
J.Reichel, www.mpq.mpg.de/jar
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Intérêts des atom chips
  • Forts gradients de champ magnétiques gt pièges
    très confinants
  • Miniaturiser les manip datomes froids
  • (horloges, interféromètres mesures de précision
    portables)
  •  Démocratiser  les manip datomes froids
  • (Pas de forts courants dans des bobines
    refroidies à leau, nécessité dun vide 100 fois
    moins poussé)
  • Intégrer dautres dispositifs sur le même chip
  • (Cavités optiques, électrodes, laser fibrés)
  • Étudier les interactions atomes/surface
  • (Dépopulation, décohérence, réchauffement dus à
    la surface Refroidissement par évaporation
    induite par la surface)
  • Candidat sérieux pour linformation quantique

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PLAN I / Présentation des  Atom chips  II /
Cohérence dun atome piégé
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Cohérence dun atome piégé introduction
  • Atom chips candidat intéressant pour
    linformation quantique
  • q-bits (a 0gt b 1gt ) N (différent de
    a 000gt b 111gt !)
  • Question effet de la surface dans la
    décohérence de la superposition
    cohérente détats
  • Idée comparer
  • Manip datomes froids  standards 
  • D.M. Harber et al.  Effect of cold collisions
    on spin coherence and resonance shifts in a
    magnetically trapped ultracold gas , PRA
    66,053616 (2002)
  • Atom chips
  • P.Treutlein et al.  Coherence in microchips
    traps , PRL 92,203005 (2004)

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Description du système
  • Niveaux hyperfins du fondamental 5S1/2 du 87Rb
  • 0gt et 1gt états piégés dans un piège magnétique
    (gFmFgt0)
  • Transition à deux photons (DmF2) gt oscillations
    de Rabi
  • Idée spectroscopie Ramsey (imagerie par
    absorption)

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Décohérence due à la surface ?
  • Sources de décohérence possibles
  • Dépendance de n01 en B (et donc de WRABI) gt
    bruit de phase
  • Fluctuations temporelles de B (courants sur la
    surface ou labo)
  • Tgt0 les atomes bougent, et B(z) gt les atomes
    voient un B(t)
  • Shift collisionnel (dépend de T et de la densité)
  • Surface
  • Pour voir le rôle de la surface minimiser les
    autres sources de décohérence et se placer dans
    les mêmes conditions que D.M.Harber et al.

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Minimisation de leffet Zeeman différentiel
E0 et E1 dépendent de B gt n01 dépend de B Au
1er ordre, EgFmFmBB et (gFmF)0gt(gFmF)1gt pas
deffet Zeeman différentiel linéaire En réalité
effet Zeeman différentiel quadratique
minimisé en B03.23 G
  • D.M. Harber et al.  Effect of cold
    collisions , PRA 66,053616 (2002)
  • Choix Bbias3.23 G

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Spectroscopie Ramsey
Résultats
p/2 pulse à WRw01-(wmwwrf) fixé
Fit sin²(WRTR) exp(-TR/tC)
  • Incertitude énorme !
  • Piège macroscopique
  • tC 2.5 s comparable
  • La surface semble ne pas jouer de rôle majeur

P.Treutlein et al.  Coherence  , PRL
92,203005 (2004)
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Rôle de d, distance atomes-surface
P.Treutlein et al.  Coherence  , PRL
92,203005 (2004)
  • TR fixé, WRw01-(wmwwrf) varie via wmwwrf gt
    franges fit gt on extrait C(TR)
  • d varie de 5 à 132 mm grosse amplitude ! C
    cte
  • T et n0 varient à chaque point (?)

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Conclusion de larticle de P.Treutlein et al.
  • Contraste indépendant de d à la précision
    expérimentale
  • Décohérence due principalement
  • à leffet Zeeman différentiel résiduel
    (fluctuations de B 6 mG dans le labo)
  • au shift collisionnel
  • Ouvertures
  • Horloges atomiques (précision 10-13 t -1/2 Hz
    -1/2 envisageable)
  • Information quantique tC suffisant pour y
    croire !

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Conclusion
  • Perspectives
  • Caractérisations plus poussées
  • Mesures de précision (horloges, interféromètres
    atomiques)
  • Couplage à dautres manips de la physique atomique

Atom chip nouvel outil dans le pool des
techniques expérimentales de la physique atomique
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Références
  • J.Reichel et al.  Applications of integrated
    magnetic microtraps  Appl. Phys. B 72, 81-89
    (2001)
  • P.Treutlein et al.  Coherence in microchips
    traps , PRL 92,203005 (2004)
  • J.Reichel,  Microchip traps and Bose-Einstein
    condensation  Appl. Phys. B 75, 469487 (2002)
  • D.M. Harber et al.  Effect of cold collisions
    on spin coherence and resonance shifts in a
    magnetically trapped ultracold gas , PRA
    66,053616 (2002)
  • J.Dalibard poly datomes froids (2003)
  • T.Nirrengarten,  Piégeage datomes de Rydberg au
    voisinage dun chip supraconducteur , rapport de
    DEA (2003)
  • E.Young, rapport de stage long de MIP2 (2003)
  • http//www.lkb.ens.fr/recherche/atfroids/tutorial/
    index2.htm
  • http//www.mpq.mpg.fr/jar
  • http//www.atomchip.org
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