Conclusion

Nous avons conçu et réalisé une expérience de piégeage magnétique d'atomes neutres sur une microstructure. L'intérêt principal de la miniaturisation de la source de champ magnétique est l'augmentation du connement de la conguration de potentiel réalisée. Par ailleurs, l'utilisation d'un dispositif de piégeage microscopique simplie le dispositif expérimental d'un point de vue technologique et permet de réaliser des congurations de potentiel de géométries très variées. De plus, la miniaturisation des dispositifs expérimen- taux est une étape obligatoire vers la concrétisation des applications des expériences de physique atomique.

Parmi l'ensemble des dispositifs de piégeage microscopique qu'il est possible de réa- liser, nous avons choisi de travailler avec une structure guidante à un l associée à un champ magnétique homogène créé par un dispositif externe au système microscopique. Nous exploitons en particulier les congurations en U et en Z, permettant de réaliser res- pectivement des potentiels de type quadrupolaire sphérique et Ioe-Pritchard. Les microls sont déposés sur une surface qui constitue ce que nous appelons une puce.

Le chargement ecace d'un micropiège magnétique nécessite une séquence de plusieurs étapes successives de pré-refroidissement des atomes. Dans cette séquence, la présence de la puce est exploitée comme miroir pour rééchir les faisceaux laser d'un piège magnéto- optique de surface. Pour la première étape du pré-refroidissement des atomes, le champ magnétique du PMO de surface est réalisé par des bobines macroscopiques, an de collecter un nombre important d'atomes dans un large volume de capture. Dans un second temps, ce champ magnétique est remplacé par celui de la conguration en U. Les atomes sont ainsi transférés dans le PMO en U qui est superposé par construction au piège magnétique. La troisième étape consiste à transférer les atomes du PMO en U dans le piège magnétique en Z. A ce stade, les atomes peuvent subir les manipulations nécessaires à l'obtention d'un condensat de Bose-Einstein.

Le circuit des microls déposés sur la puce que nous avons utilisé pour obtenir la plupart des résultats expérimentaux présentés dans ce manuscrit fait apparaître les ls en U et Z nécessaires pour réaliser la séquence de piégeage, ainsi qu'un certain nombre d'autres conducteurs. Ce circuit sera décrit plus en détails dans le prochain chapitre relatif à la description de notre dispositif expérimental.

Dispositif expérimental

Ce chapitre est consacré à la description du dispositif expérimental que nous avons conçu pour réaliser une expérience de condensation de Bose-Einstein sur une microstruc- ture. Nous travaillons avec des atomes de rubidium. Les alcalins sont de bons candidats pour la manipulation par laser car ils possèdent une transition atomique fermée accessible aux sources laser courantes. Nous utilisons essentiellement la raie D2 à 780 nm de l'isotope 87 de l'atome de rubidium.

Pour construire ce dispositif, nous avons largement bénécié du savoir faire acquis par les générations antérieures de docteurs et doctorants sur les diérentes expériences de notre groupe, mais nous avons aussi été amenés à faire des changements notables que nous détaillerons dans ce chapitre. La plupart de ces modications ont été motivées par des soucis de gain en simplicité et compacité par rapport aux expériences précédentes. Par exemple, nous avons vu au chapitre précédent que le fait de travailler avec une structure de piégeage magnétique microscopique permet d'obtenir de forts connements et de travailler avec une pression moins faible que pour une expérience traditionnelle de condensation. Nous avons ainsi pu choisir d'utiliser un lament de rubidium comme source d'atomes et de simplier le système à vide du dispositif expérimental. Par ailleurs, les sources laser compactes anées en fréquence du type DBR ou DFB utilisées sur les précédents montages expérimentaux n'étant plus commercialisées, nous avons réalisé de nouveaux montages de diodes laser. Enn, le fait de piéger les atomes sur une surface rééchissante nous a permis de mettre en place un dispositif d'imagerie original grâce auquel nous pouvons visualiser le nuage dans les trois directions de l'espace. Au cours de ce chapitre, nous reviendrons en détails sur les particularités que présentent notre dispositif.

Après une présentation générale rapide du dispositif expérimental, nous décrirons le système à vide de l'expérience. Nous détaillerons ensuite le principe de fonctionnement du lament de rubidium que nous utilisons comme source d'atomes. La section suivante sera consacrée à la description de la puce, de l'étape de fabrication à celle du montage dans l'enceinte à vide. Nous présenterons ensuite rapidement les dispositifs de génération

de champs magnétiques, autres que la puce, utilisés dans notre expérience. Puis nous décrirons le système optique que nous utilisons en mettant l'accent sur la conguration de faisceaux choisie pour réaliser le piège magnéto-optique de surface. Enn, nous détaillerons le système d'imagerie que nous avons mis en place et nous présenterons ces performances.

2.1 Présentation générale

Le montage expérimental que nous utilisons est présenté sur la gure 2.1. Dans la suite

Dispenser Puce Getter Enceinte Pompe ionique vers pompe primaire Electro-

vanne Pompe turbo-

moléculaire Jauge à cathode froide Jauge à cathode froide Pompe ionique

Vue de Face

Vue de Gauche

Table optique Refoulement vers

pompe primaire

: arrière plan : arrière plan

Puce Dispenser Vanne x y z R_manip z y x R_manip

Fig. 2.1: Schéma du dispositif expérimental.

de ce manuscrit, nous utiliserons le référentiel Rmanip présenté sur cette gure pour dé-

crire le dispositif expérimental. Nous rappellerons systématiquement ce repère lorsque nous l'utiliserons. Le lecteur pourra se référer à cette gure si besoin est.

L'expérience est contrôlée par un ordinateur principal et un séquenceur. L'ensemble des opérations à eectuer pendant la séquence expérimentale sont programmées sur l'or- dinateur de contrôle de l'expérience et chargées dans le séquenceur, qui envoie en sortie, les tensions de contrôle des divers éléments de l'expérience aux instants voulus d'après la séquence expérimentale programmée. Le pas temporel de la séquence est une microseconde. Les sorties du séquenceur sont analogiques (-10V/+10V) ou numériques.

L'enceinte à vide est un cube de 7 cm de côté dont chaque face a une ouverture du type CF-35. Le centre du cube est situé à 16.2 cm au dessus de la table optique. La puce est montée au centre de l'enceinte à vide. Pour faciliter la mise en place des faisceaux du piège magnéto-optique, elle fait un angle de 45◦ _{avec le plan de la table optique. Le miroir}

est incliné vers le bas pour que les atomes puissent tomber sous l'eet de la gravité sans s'écraser sur la surface de la puce. La source d'atomes que nous utilisons est un lament

de rubidium. Nous expliquerons son fonctionnement en détails au paragraphe 2.3. Avant cela, nous allons décrire brièvement le système à vide du dispositif expérimental.