Production tout optique de condensats de Bose-Einstein de 39K : des interactions contrôlables pour l’étude de gaz quantiques désordonnés en dimensions réduites

All optical 39K BEC : a quantum gas with tunable interactions to study disorder physics in low dimensions

• Auteur / Autrice : Guillaume Salomon
• Direction : Alain Aspect
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 27/10/2014
• Etablissement(s) : Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Optique atomique
• Jury : Président / Présidente : Franck Pereira Dos Santos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Comparat, Thomas Bourdel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Letitia Tarruell, Pascal Szriftgiser

Mots clés

Mots clés contrôlés

Refroidissement laser

Anderson, Modèle d'

Condensation de Bose-Einstein

Mots clés libres

39k

Mélasse grise

Condensation de Bose-Einstein tout optique

Transition BKT

Localisation d’Anderson

Solitons brillants

39k

Gray molasses

All optical Bose-Einstein condensation

BKT transition

Anderson Localization

Bright solitons

Résumé

Ce travail de thèse rapporte la production tout optique de condensats de Bose-Einstein de 39K. Une étape clé du processus expérimental est l’obtention d’un nuage suffisamment froid permettant le chargement direct d’un piège dipolaire de manière efficace. Notre solution est l’utilisation d’une mélasse fonctionnant dans le bleu de la raie D1 de cet alcalin conduisant à une densité dans l’espace des phases élevée et ainsi au chargement direct d’un grand nombre d’atomes dans un piège à 1550 nm. Le nuage est ensuite polarisé puis comprimé dans un piège dipolaire croisé avant d’entamer un refroidissement évaporatif efficace au voisinage d’une résonance de Feshbach. Ce processus permet la production rapide de condensats de Bose-Einstein toutes les 7 secondes sur notre expérience. Ces nuages dégénérés représentent le point de départ pour la conduite d’expériences visant à étudier les effets du désordre dans les gaz quantiques en dimensions réduites. Nous envisageons l’étude du diagramme de phase du gaz de Bose bidimensionnel désordonné, de la localisation d’Anderson en dimension deux ainsi que l’étude de l’influence du désordre sur un soliton brillant dans une géométrie unidimensionnelle.

This thesis presents the all optical production of 39K Bose-Einstein condensates. A key point in the process is the sub-Doppler cooling that allows for an efficient loading of an optical dipole trap. To this aim we use a gray molasses scheme working on the blue side of the D1 line of this alkali that leads to a high phase space density and a high number of trapped atoms in a 1550 nm optical trap. The cloud is then polarized and compressed in a crossed dipole trap before starting an efficient forced evaporation close to a Feshbach resonance. This process allows us to produce Bose-Einstein condensates every 7 seconds with our experiment. Those degenerate clouds represent the starting point of experiments aiming to study the influence of disorder on quantum gases in low dimensions. We discuss the perspectives to study of the phase diagram of the two-dimensional disordered Bose gas as well as the Anderson localization phenomenon in two dimensions and the behaviour of bright solitons in a disordered potential in a one-dimensional geometry.