Structure, formation, and interactions of ultracold polar molecules

par Johannes Deiglmayr

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Dulieu et de Matthias Weidemüller.

Soutenue en 2009

à l'Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) en cotutelle avec Freiburg, Physikalisches Institut Fakultät für Mathematik und Physik .

  • Titre traduit

    Structure, formation et interactions de molécules polaires ultra-froides


  • Résumé

    Nous avons étudié les propriétés d’un gaz ultra-froid de molécules diatomiques polaires d’alcalins à la fois expérimentalement et théoriquement. Dans la première partie théorique, nous avons examiné les mécanismes possibles de formation de molécules ultrafroides stables de LiCs dans des niveaux rovibrationnels très liés, par l’intermédiaire de la photoassociation de paires d’atomes Li et Cs. Nous avons aussi étendu l’étude ab initio des propriétés électroniques de tous les dimères alcalins entreprise au Laboratoire Aimé Cotton, au calcul de leurs polarisabilités dipolaires statiques. Dans la seconde partie expérimentale, la formation de molécules LiCs ultra-froides est explorée par photo-association dans un gaz mixte d’atomes ultra-froids de Li et Cs. Nous avons amélioré la courbe de potentiel de l’état moléculaire excité B1, et nous avons découvert un schéma simple de formation de LiCs dans leur état fondamental absolu X1+,v′′=0,J′′=0. Le moment dipolaire de ces molécules dans les plus bas niveaux vibrationnels de l’état fondamental a ensuite été déterminé par spectroscopie Stark, et comparé à calculs théoriques. Les molécules LiCs ultra-froides ont été conservées dans un piège dipolaire quasi-électrostatique créé par un laser au CO2. Nous avons observé une durée de vie t=24s dans le piège, limitée par les collisions avec les atomes du gaz résiduel. Cela nous a permis d’observer la désexcitation radiative des niveaux vibrationnels de l’état fondamental de ces molécules polaires. La section efficace de collisions inélastique ultra-froide entre molécules de LiCs dans des niveaux vibrationnels élevés de l’état fondamental et les atomes de Cs a aussi été mesurée.


  • Résumé

    In this thesis properties of ultracold alkali dimers are studied both theoretically and experimentally. In the first, theoretical, part, the prospects for the formation of ultracold LiCs dimers in deeply bound vibrational levels using photoassociation (PA) are investigated. Furthermore a previous systematic investigation of the structure of all alkali dimers started at Laboratoire Aimé Cotton is extended by the ab initio calculation of static dipole polarizabilities. An extensive comparison with other published results supports the reliability of the chosen method. Based on these results an experimental scheme for the creation of an sample of oriented ultracold dipolar molecules is developed. In the second, experimental part the formation of LiCs ground state molecules by PA is investigated. PA spectroscopy is used to improve the accuracy of the potential energy curve for B1and the value of the dissociation energy of X1 state significantly. The rovibrational distribution of ground state molecules is probed in a combination of resonance-enhanced multi-photon ionization and depletion spectroscopy. A simple scheme is found to form ultracold polar LiCs molecules in the absolute ground state X1+,v′′=0,J′′=0. In a quasi-electrostatic trap created by a CO2 laser, LiCs molecules are formed and stored. A lifetime of τ=24(3)s, limited by collisions with background gas, is observed and rate coefficients for inelastic collisions between LiCs in high vibrational states and Cs atoms are determined. The long storage time facilitates the observation of radiative decay of polar molecules towards lower vibrational levels.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VIII-167 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 135-152

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)289
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