Jet lent d’atomes d’argon métastables pour l’étude de l’échange de métastabilité, des interactions de van der Waals et des milieux d’indice négatif.

par Thierry Taillandier-Loize

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Francisco Perales.

Le président du jury était Patrice Féron.

Le jury était composé de Anne Amy-Klein, Badr-Eddine Benkelfat, Vincent Josse, Bruno Viaris de Lesegno.

Les rapporteurs étaient Jacques Robert, Matthias Büchner.


  • Résumé

    La thématique abordée dans cette thèse relève de la manipulation d’un jet d’atomes d’argon métastables (Ar* ³P2) dans différentes configurations. Premièrement, je présente l’échange de métastabilité entre un atome au fondamental et un atome excité à de faibles énergies de centre de masse (entre 4 et 9 meV). Je propose également l’interprétation théorique par une approche semi-classique (approximation JWKB) qui se révèle validée, dans ce domaine d’énergies, en comparaison avec la résolution exacte de l’équation de Schrödinger radiale mettant en jeu les potentiels concernés par la collision. Les sections efficaces absolues d’échanges, déduites d’une analyse en temps de vol du signal métastable, permettent de réaliser une comparaison sans biais avec les prédictions théoriques. Les caractéristiques d’un jet ralenti par effet Zeeman sont dégradées par le processus de ralentissement et le rende difficilement utilisable en deçà de quelques dizaines de mètres par seconde. C’est pourquoi, dans un deuxième temps, je présente la réalisation d’un jet lent original, issu d’un piège magnéto-optique et présentant des caractéristiques remarquables. La vitesse est accordable entre 10 et 100 m/s, la dispersion de vitesse relative est très faible (6 % à 20 m/s) et le flux est conséquent (10⁹ Ar*/s/sr), pour une ouverture angulaire standard (35 mrad FWHM). Ce nouveau dispositif permet de présenter certaines questions d’interférométrie et d’optique atomique telles que les interactions atome-surface de type van der Waals et l’étude de potentiels comobiles ainsi que leurs applications dans la réalisation de milieux d’indice négatif ou de ralentisseurs.

  • Titre traduit

    Metastable argon slow beam for studies of metastability exchange, van der Waals interactions and negative index media


  • Résumé

    The topic of this thesis concerns the manipulation of a metastable argon (Ar* ³p2) atomic beam in different configurations. Firstly, I present the metastability exchange between an atom in fundamental state and an excited atom at low center of mass energy (between 4 and 9 meV). I also propose theoretical interpretation by a semi-classical approach (JWKB approximation) which is validated, in this field of energies, compared to the exact solution of the Schrödinger radial equation with potentials involved in collision. The absolute exchange cross-sections, derived from a time of flight analysis of metastable signal, enable an unbiased comparison with theoretical predictions. The characteristics of a Zeeman slowedbeam are degraded by the process of slowing down and makes it difficult to use below a few tens of meters per second. Secondly, I present the realization of an original slow beam from a magneto-optical trap and having outstanding features. The atomic velocity is tunable between 10 and 100 m/s, the relative velocity dispersion is very low (6 % at 20 m/s) and the flow is substantial, (4.7×108 Ar*/s/sr), for a standard angular aperture (35 mrad FWHM). This new device can present some issues in atomic interferometry and atomic optics such as van der Waals atom-surface interactions or study co-moving potentials and their applications in negative-index media for matter wave or slowers.


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