Pi

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Piégeage datomes au voisinage de microcircuits
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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)

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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)
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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