Puce à atomes supraconductrice : atomes à froids dans un environnement cryogénique et excitation d'atomes de Rydberg

par Andreas Emmert

Thèse de doctorat en Physique quantique

Sous la direction de Jean-Michel Raimond.

Soutenue en 2009

à Paris 6 .


  • Résumé

    Atom-chips are a versatile tool for the manipulation of cold atoms with magnetic potentials created by microstructures. However, one observes significant atom losses in those traps caused by spin-flip transitions, induced by radio-frequency fluctuations of the magnetic field, when the atoms are close to the chip surface. These fluctuations are due to Johnson-Nyquist noise in metallic structures. In our setup, the lifetime of atoms far away from the chip in a cryogenic environment is very long due to a low residual pressure obtained by cryogenic pumping. At a distance of several tens of micrometers yet, the lifetime is still limited by Johnson-Nyquist noise. One solution to this problem is the use of a purely superconducting environment, even in the realistic case of an atom-chip made of a type II superconductor containing vortices. We observe that the superconducting film influences the trapping potential, demonstrating the presence of micrometer size permanent supercurrents. We are able to induce these currents on demand with the potentiality to create complex traps. A cryogenic atom-chip can also be used for trapping strongly excited atoms (Rydberg atoms) which have a huge transition dipole moment that could be coupled to mesoscopic solid-state quantum systems. This long-term goal in mind, we have adapted our experiment for the excitation of Rydberg atoms. First excitation spectra reveal a parasitic electric field in the close vicinity of the atom-chip which is sufficiently weak for the next step of our experiment, the excitation of an single atom on demand using the dipole blockade effect.

  • Titre traduit

    Superconducting atom-chip : cold atoms in a cryogenic environment and excitation of Rydberg atoms


  • Résumé

    Les puces à atomes sont des outils polyvalents pour la manipulation d'atomes froids avec des champs magnétiques créés par des microstructures. Cependant, on observe de fortes pertes d'atomes dans de tels pièges à cause du retournement de spin, engendrées par des fluctuations radio-fréquence du champ magnétique lorsque les atomes sont proches de la surface. Ces fluctuations viennent du bruit Johnson-Nyquist dans des structures métalliques. Dans notre expérience, nous observons un très long temps de vie des atomes loin de la puce dans un environnement cryogénique dû au vide résiduel obtenu par pompage cryogénique. Pourtant, à une distance de quelques dizaines de microns, le temps de vie reste limité par le bruit Johnson-Nyquist. Une solution pour ce problème est l'utilisation d'un environnement purement supraconducteur, même dans le cas réaliste d'une puce supraconductrice de type II comprenant des vortex. Nous observons en outre que le supraconducteur influence le potentiel de piégeage, démontrant la présence de courants permanents à l'échelle micrométrique. Nous sommes capables d'induire ces courants à la demande avec la possibilité de réaliser des pièges complexes. Une puce cryogénique peut également piéger des atomes fortement excités (atomes de Rydberg) possédant un très grand moment dipolaire qui pourrait être couplé à des dispositifs quantiques mésoscopiques. Dans ce but, nous avons adapté l'expérience à l'excitation d'atomes de Rydberg. Les premiers spectres montrent que le champ électrique parasite au voisinage de la puce est suffisamment faible pour une future excitation d'un atome unique à la demande par blocage dipolaire.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (131 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 125-131. 113 réf. bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T Paris 6 2009 637
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.