Title: Pi
1Piégeage datomes au voisinage de microcircuits
2Piégeage 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)
3PLAN I / Présentation des Atom chips II /
Cohérence dun atome piégé
PLAN I / Présentation des Atom chips II /
Cohérence dun atome piégé
4Piège 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
5Piège 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)
6Piège magnéto-optique transposition aux atom
chips
Piège magnéto optique miroir 2 des 6 faisceaux
sont générés par réflexion sur une couche dor
J.Reichel, Appl. Phys. B 75, 469487 (2002)
3 paires de faisceaux contrapropageants de même
hélicité
Daprès J.Schmiedmayer, www.atomchip.net
7Chargement 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
8Piège 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)
9Manipulations 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
10Intérêts 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
11PLAN I / Présentation des Atom chips II /
Cohérence dun atome piégé
12Cohérence 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)
13Description 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)
14Décohérence 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.
15Minimisation 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)
16Spectroscopie 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)
17Rôle 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 (?)
18Conclusion 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 !
19Conclusion
- 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
20Références
- 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