pression adiabatique
Le transfert de l’´echantillon froid et dense d’atomes dans l’un ou l’autre des pi`eges magn´etiques s’effectue par recapture rapide. Autrement dit, on coupe tous les lasers de la phase finale de m´elasse optique, et on allume le pi`ege magn´etique aussi vite que possible afin de capturer le maximum d’atomes. Notons que l’ensemble des exp´eriences pr´esent´ees dans ce m´emoire utilise des atomes dans l’´etat |5S1/2, F = 1 > dans le pi`ege magn´etique. On envoie donc un pulse de laser d´epompeur (cf. figure 2.14) juste avant le chargement du pi`ege magn´etique pour s’assurer que les atomes sont bien dans le bon ´etat hyperfin.
Afin d’adapter au mieux la forme du pi`ege magn´etique `a l’´echantillon d’atomes `a pi´eger, on utilise un pi`ege harmonique dans les trois directions de l’espace (en particulier, pas de compensation du biais lors du chargement pour l’´electro-aimant de 4eg´en´eration). Les courbures du pi`ege sont adapt´ees afin que les largeurs quadratiques moyennes (RMS) du nuage avant et apr`es transfert soient conserv´ees pour les trois directions de l’espace.
Par ailleurs, le param`etre le plus critique en pratique pour une bonne qualit´e de transfert est la bonne adaptation en position entre le centre du pi`ege magn´etique et celui de l’´echantillon d’atomes `a recapturer. Ceci est dˆu au fait qu’un d´efaut d’adaptation des centres a pour r´esultat, apr`es transfert en pi`ege magn´etique, une ´energie potentielle non nulle du nuage dans le pi`ege (puisque le centre de masse du nuage n’est pas au centre du pi`ege). Cette ´energie « globale » est ensuite redistribu´ee entre les atomes ce qui provoque un chauffage dramatique. En pratique, on proc`ede par essais successifs en observant les positions centrales des nuages d’atomes avant et apr`es transfert
dans les trois directions de l’espace. Le cas ´ech´eant, on ajuste les positions des bobines PMO pour recentrer celui-ci sur le pi`ege magn´etique. Nous devons ajuster les positions des centres respectifs `a mieux que 20 µm pr`es, soit 1 % de la largeur RMS des nuages atomiques pour une bonne efficacit´e de transfert14.
Il est `a noter que nous n’utilisons pas d’´etape de pompage optique Zeeman pour polariser l’´echantillon d’atomes `a pi´eger. En effet, ce processus assez d´elicat `a mettre en oeuvre est relativement peu efficace quand on l’applique `a un ´echantillon optiquement ´epais (voir [23]). On peut donc au mieux esp´erer une probabilit´e de transfert de l’ordre de 30 %. En r´ealit´e, nous n’avons jamais r´eussis `a transf´erer plus de 20 % des atomes dans le pi`ege magn´etique. Ceci nous conduit `a environ 5.108 atomes dans le pi`ege magn´etique apr`es transfert. Cette valeur est n´eanmoins largement suffisante pour aboutir en fin d’´evaporation `a la condensation de Bose-Einstein.
Les caract´eristiques du pi`ege ´etaient jusqu’ici optimis´ees pour maximiser le transfert des atomes. Cependant, il est souhaitable de modifier ses carac- t´eristiques avant la phase d’´evaporation afin d’optimiser son efficacit´e. L’id´ee de base consiste `a augmenter le pouvoir de confinement du pi´ege pour aug- menter les densit´es atomiques et donc le taux de collisions ´elastiques. Ceci permet de diminuer le temps n´ecessaire `a la thermalisation des atomes, donc d’´evaporer plus rapidement. En pratique, nous obtenons apr`es transfert un taux de collisions ´elastiques de l’ordre de 4 s−1 (au centre du pi`ege). La dur´ee de vie (limit´ee par le gaz r´esiduel) mesur´ee est de 200 secondes. Une ´etude d´etaill´ee des conditions de bon fonctionnement de l’´evaporation est effectu´ee dans [24]. Le crit`ere essentiel de bon fonctionnement de l’´evaporation est que le produit de la dur´ee de vie par le taux de collisions ´elastiques au d´ebut de l’´evaporation soit sup´erieur `a 300. Ceci est v´erifi´e dans notre cas. Ce- pendant, on veut diminuer le temps d’´evaporation au maximum (on ne veut pas se contenter d’´evaporer en un temps du mˆeme ordre de grandeur que la dur´ee de vie...). On proc`ede donc `a une compression adiabatique du pi`ege. Ceci se fait avec l’´electro-aimant de 2e g´en´eration en augmentant le gradient quadrupˆole au maximum, et en diminuant quelque peu l’excitation des bo- bines dipˆoles. Ceci diminue la courbure dipˆole (ce qui n’est pas favorable pour la compression), mais abaisse ´egalement le biais, ce qui accroˆıt le pou- voir de compression dans les directions quadrupˆoles (voir encore [24] pour le fonctionnement d´etaill´e de la compression adiabatique). Nous obtenons alors classiquement un taux de collisions ´elastiques de l’ordre de 30 s−1, suffisant
14La proc´edure d’ajustement des positions est assez laborieuse, car elle n´ecessite en
principe de rectifier les centrages des faisceaux PMO et surtout repompeurs central et lat´eral `a chaque it´eration (centrage du Dark-Spot). En pratique quand les corrections de positions sont petites (<10 % de la taille du nuage), on peut se contenter de ne retoucher les r´eglages du Dark-SPOT qu’`a la fin de la proc´edure
pour ´evaporer en quelques dizaines de secondes.
Pour la 4e g´en´eration d’´electro-aimant, on augmente ´egalement le qua- drupˆole au maximum. Pour la direction dipˆole, on dispose de la possibilit´e de d´ecoupler le biais de courbure. On peut donc augmenter la courbure au maximum, tout en utilisant les bobines anti-dipˆole pour diminuer le biais et ainsi continuer `a gagner sur tous les plans (voir 2.5.3).