Academic literature on the topic 'Gaz ultra-froid'

En 2001, la condensation de Bose-Einstein (CBE) a été obtenue sur un gaz d'hélium métastable (He*). L'état métastable a un temps de vie de 9000 sec et une énergie interne de 20 eV. Cette énergie peut être utilisée pour détecter ces atomes avec une galette de micro-canaux. La très bonne réponse temporelle et le fort gain de ce détecteur ont permis une expérience de corrélation de densité similaire à celle de R. Twiss et R. Hanbury Brown (HBT) en optique. D'autre part, les collisions non élastiques dans l'échantillon d'He* produisent un flux d'ions, faible mais détectable, proportionnel à la densité du nuage. Ce flux permet de suivre la densité atomique vers la CBE, passant par la transition de phase, en temps réel et de manière non invasive.
Dans cette thèse nous rendons compte de trois expériences différentes : i) la détermination des constantes d'ionisation à deux et trois corps pour l'He*, ii) la détermination de la longueur de diffusion, a, de l'He* et iii) la mesure de la fonction de corrélation d'intensité d'un nuage d'He* en chute libre. Il a été montré postérieurement à notre mesure de a que celle-ci était entachée d'une erreur systématique dont nous proposons une explication. Nous décrivons des techniques de mesure de la température et de la fugacité d'un nuage thermique. Finalement un part importante de la thèse est dévolue à la dérivation d'une expression analytique de la fonction de corrélation d'intensité du flux atomique. Cette analyse a permis d'obtenir des valeurs typiques pour les longueurs de corrélation, transverse et longitudinale, et de confirmer la possibilité de réaliser une expérience de type HBT sur notre montage expérimental.

En 2001, la condensation de Bose-Einstein (CBE) a été obtenue sur un gaz d'hélium métastable (He*). L'état métastable a un temps de vie de 9000 sec et une énergie interne de 20 eV. Cette énergie peut être utilisée pour détecter ces atomes avec une galette de micro-canaux. La très bonne réponse temporelle et le fort gain de ce détecteur ont permis une expérience de corrélation de densité similaire à celle de R. Twiss et R. Hanbury Brown (HBT) en optique. D’autre part, les collisions non élastiques dans l’échantillon d'He* produisent un flux d’ions, faible mais détectable, proportionnel à la densité du nuage. Ce flux permet de suivre la densité atomique vers la CBE, passant par la transition de phase, en temps réel et de manière non invasive. Dans cette thèse nous rendons compte de trois expériences différentes : i) la détermination des constantes d’ionisation à deux et trois corps pour l’He*, ii) la détermination de la longueur de diffusion, a, de l’He* et iii) la mesure de la fonction de corrélation d’intensité d’un nuage d'He* en chute libre. Il a été montré postérieurement à notre mesure de a que celle-ci était entachée d'une erreur systématique dont nous proposons une explication. Nous décrivons des techniques de mesure de la température et de la fugacité d'un nuage thermique. Finalement un part importante de la thèse est dévolue à la dérivation d’une expression analytique de la fonction de corrélation d'intensité du flux atomique. Cette analyse a permis d’obtenir des valeurs typiques pour les longueurs de corrélation, transverse et longitudinale, et de confirmer la possibilité de réaliser une expérience de type HBT sur notre montage expérimental
In 2001 metastable Helium (He*) attained Bose-Einstein condensation (BEC). The metastable state has a lifetime of 9000 sec and an internal energy of 20 eV. This energy can be used to detect individual atoms using a micro-channel plate. The extremely good time response and high gain of this detector makes it possible to carry out a density correlation measurement (HBT) with massive particles similar to the pioneering experiment of R. Hanbury Brown and R. Twiss in optics. In addition, inelastic collisions between He* atoms produce a small but detectable flux of ions proportional to the cloud's density. This allows one to follow the evolution of the cloud's density toward BEC, passing through the phase transition, in real time and in a non invasive way. In this dissertation we report on three different experiments: i) the determination of the two- and three-body ionizing rate constants of He*; ii) the determination of a, the He* scattering length; iii) the measure of the intensity correlation function of a falling He* cloud. It has been shown lately that our measure of a was affected by a large systematic error and we propose a possible explanation. We describe methods to determine the temperature and fugacity of a thermal cloud. Finally a major portion of the thesis is devoted to the derivation of an analytical expression for the intensity correlation function of the atomic flux. This theoretical analysis has derived typical values for the transverse and longitudinal atomic coherence length that confirmed the possibility of performing a HBT experiment with our apparatus

Ce mémoire de thèse est divisé en deux parties. La première est consacrée à l’étude de la superfluidité dans un gaz de fermions ultra-froids. En utilisant un gaz dégénéré de 6Li au voisinage d’une résonance de Feshbach nous avons obtenu un superfluide fermionique et étudié son évolution en fonction de l’énergie de liaison des paires. Afin de caractériser la transition BEC-BCS entre un condensat de Bose-Einstein de molécules et un état BCS de paires de Cooper faiblement liées, nous avons étudié l’expansion du nuage en absence ou en présence d’interactions. Nous avons ainsi extrait la distribution en impulsion du système et sondé son caractère hydrodynamique. La seconde partie concerne la conception et la réalisation d’un montage expérimental de seconde génération. Par rapport à l’ancien dispositif, ses principaux atouts sont un gain d’un ordre de grandeur sur le nombre d’atomes piégés, un bon accès optique, une grande stabilité et reproductibilité ainsi qu’un taux de répétition cinq fois supérieur. La nouvelle expérience a déjà permis d’atteindre le seuil de dégénérescence quantique du 7Li avec des performances très satisfaisantes et donne accès à la simulation de hamiltoniens de matière condensée avec des fermions ultra-froids.

- Une méthode numérique de type "grille de Fourier à pas variable" pour résoudre l'équation de Schrödinger radiale est améliorée. Il est observé qu'un algorithme de transformations sinus et cosinus discrètes permet de représenter l'hamiltonien par une matrice dont le spectre ne contient pas de niveaux parasites.
- Les énergies des états vibrationnels les moins liés du complexe van der Waals Na - Na2 sont calculées par une méthode hypersphérique diabatique-par-secteur. Les niveaux calculés sont analysés par la théorie du défaut quantique.

Première partie : Les effets d'interférences lors des diffusions multiples d'une onde dans un potentiel aléatoire peuvent conduire au phénomène de localisation d'Anderson, ce qui modifie profondément les propriétés de transport. Nous étudions la possibilité d'observer des effets de localisation de la lumière dans un condensat atomique gazeux. Nous voulons déterminer la distribution des temps de sortie d'un photon initialement placé dans un nuage atomique. Pour cela, nous modélisons la dynamique de ce système à l'aide de l'équation pilote qui décrit l'évolution de la matrice densité atomique. Dans l'hypothèse où le mouvement des atomes peut être négligé, l'apparition d'échelles de temps qui varient exponentiellement avec la taille du nuage permet d'obtenir une signature d'un effet de localisation.

Deuxième partie : Nous étudions le refroidissement par évaporation d'un jet atomique en vue de l'obtention d'un laser à atomes continu. Pour estimer la longueur du jet permettant d'atteindre le régime de dégénérescence quantique, on développe deux méthodes de résolution de l'équation de Boltzmann : l'une, purement numérique, utilise une simulation Monte-Carlo ; l'autre, essentiellement analytique, repose sur un ansatz de la densité dans l'espace des phases. Nous décrivons alors les principales propriétés de cohérence du faisceau atomique ainsi obtenu en prenant en compte les effets de la statistique quantique et des interactions entre les atomes.

Premiere partie : les effets d'interferences lors des diffusions multiples d'une onde dans un potentiel aleatoire peuvent conduire au phenomene de localisation d'anderson, ce qui modifie profondement les proprietes de transport. Nous etudions la possibilite d'observer des effets de localisation de la lumiere dans un condensat atomique gazeux. Nous voulons determiner la distribution des temps de sortie d'un photon initialement place dans un nuage atomique. Pour cela, nous modelisons la dynamique de ce systeme a l'aide de l'equation pilote qui decrit l'evolution de la matrice densite atomique. Dans l'hypothese ou le mouvement des atomes peut etre neglige, l'apparition d'echelles de temps qui varient exponentiellement avec la taille du nuage permet d'obtenir une signature d'un effet de localisation. Deuxieme partie : nous etudions le refroidissement par evaporation d'un jet atomique en vue de l'obtention d'un laser a atomes continu. Pour estimer la longueur du jet permettant d'atteindre le regime de degenerescence quantique, on developpe deux methodes de resolution de l'equation de boltzmann : l'une, purement numerique, utilise une simulation monte-carlo ; l'autre, essentiellement analytique, repose sur un ansatz de la densite dans l'espace des phases. Nous decrivons alors les principales proprietes de coherence du faisceau atomique ainsi obtenu en prenant en compte les effets de la statistique quantique et des interactions entre les atomes.

Nous avons observe l'evolution spontanee d'un gaz de rydberg gele vers un plasma ultra-froid neutre. Les atomes de rydberg sont excites dans un piege magneto-optique. Certains d'entre eux sont ionises du fait de collisions ou de l'absorption du rayonnement du corps noir. Il se cree une charge d'espace. Lorsque celle-ci est suffisament profonde, des electrons sont pieges. Il se produit un phenomene d'ionisation en avalanche de tous les atomes de rydberg restant. Dans la reaction de photoassociation, deux atomes en collision absorbent un photon et forment une molecule electroniquement excitee. Le taux de photoassociation mesure dans nos conditions experimentales est de 0,1 a 5 s - 1 par atome. La spectroscopie de photoassociation est un outil puissant pour la determination des parametres collisionnels. Ainsi, les modulations d'intensite de spectres de photoassociation nous ont permis de determiner la longueur de diffusion triplet du cesium, et d'observer la modification de la longueur de diffusion des atomes de cesium polarises dans l'etat f = 3 m f = 3 au voisinage d'une resonance de feshbach. La reaction de photoassociation conduit a la possibilite de former des molecules froides par desexcitation radiative des molecules excitees. Les mecanismes favorables a la formation de molecules froides reposent sur l'existence de niveaux moleculaires excites pour lesquels la probabilite de presence a courte distance interatomique est importante. De maniere a produire des molecules froides toutes dans le meme niveau ro-vibrationnel, nous avons realise une experience de photoassociation raman stimulee, qui consiste a stimuler la desexcitation radiative des molecules excitees vers un niveau unique du fondamental. Un taux de formation de molecules froides de 10 5 s - 1 a ete mesure. Enfin, nous avons realise un piege magnetique pour les molecules froides dans l'etat triplet de plus basse energie. Le temps de vie du piege a molecules est de l'ordre d'une seconde.

Dans cette thèse, je présente des résultats expérimentaux et théoriques montrant qu’un gaz ultra-froid sous excitation laser aux états de Rydberg offre une plateforme contrôlable pour l’étude d’une intéressante dynamique complexe qui peut émerger dans les systèmes drivés-dissipatifs. Les conclusions peuvent être résumées selon les trois idées principales suivantes : (i) La découverte de la criticité auto-organisée dans notre système de Rydberg sous excitation facilitée peut aider à répondre à la question suivante : Pourquoi le comportement invariant d’échelle est si répandu dans la nature ? (ii) Un lien frappant est établi entre la croissance de la loi de puissance du nombre d’excitation de Rydberg et la propagation des épidémies. L’importance de l’hétérogénéité dans le réseau Rydberg émergeant et les effets Griffith associés permettent d’expliquer l’observation de lois de puissance non universelles. (iii) Une nouvelle mise en oeuvre d’automates cellulaires quantiques est proposée en utilisant des réseaux atomiques associés à des champs laser multifréquences. Cela fournit un cadre naturel pour étudier la relation entre les processus microscopiques et la dynamique globale, où des règles spéciales sont trouvées pour générer des états enchevêtrés pour des applications en métrologie et en informatique quantique
In this thesis I present experimental and theoretical results showing that an ultracold gas under laser excitation to Rydberg states offers a controllable platform for studying the interesting complex dynamics that can emerge in driven-dissipative systems. The findings can be summarized according to the following three main insights: (i) The discovery of self-organized criticality (SOC) in our Rydberg system under facilitated excitation via three signatures: self-organization of the density to a stationary state; scale invariant behavior; and a critical response in terms of power-law distributed excitation avalanches. Additionally, we explore a mechanism inherent to our system which stabilizes the SOC state. We further investigate this stabilization via a controlled, variable driving of the system. These analyses can help answer the question of why scale invariant behavior is so prevalent in nature. (ii) A striking connection between the power-law growth of the Rydberg excitation number and epidemic spreading is found. Based on this, an epidemic network model is devised which efficiently describes the collective excitation dynamics. The importance of heterogeneity in the emergent Rydberg network and associated Griffiths effects provide a way to explain the observation of non-universal power laws.(iii) A novel quantum cellular automata implementation is proposed using atomic arrays together with multifrequency laser fields. This provides a natural framework to study the relation between microscopic processes and global dynamics, where special rules are found to generate entangled states with applications in quantum metrology and computing

La projection dynamique par gaz froid (« cold spray ») est un procédé de projection thermique dont l’un des atouts majeurs est de pouvoir conduire à des dépôts très denses. C’est cet atout qui sera prioritairement exploité dans cette étude pour la réalisation d’un revêtement métallique dont l’application lui requiert de présenter une haute étanchéité au gaz, dans des conditions de vide poussé. Le travail proposé porte sur la réalisation de ce type de revêtement dont il faudra étudier la porosité susceptible de se former à la projection. L’un des objectifs est de déterminer la taille critique de pore au-delà de laquelle le niveau d’étanchéité exigé n’est plus respecté ainsi que tous les autres critères de porosité susceptibles d’intervenir (répartition, géométrie, etc.). Plus fondamentalement, il s’agira d’associer, y compris à l’aide de la simulation numérique, ces caractéristiques aux mécanismes de formation des pores en fonction des conditions de projection. L’influence du substrat (métal ou polymère) sur la porosité, via les modifications dans le processus de construction du dépôt sera examinée. Son adhérence, au substrat sera aussi déterminée, sachant que la propriété première sur laquelle il convient de se pencher est l’étanchéité au gaz. Des mesures seront effectuées sur éprouvettes adaptées
Cold Spray is a thermal spray process, a key advantage of which is its capability to achieve highly-dense coatings. The practical objective of the study is to fully exploit this asset to obtain a metallic coating which exhibit gas-tightness in ultra-high vacuum conditions as requested for the targeted application. The thesis work consists in studying cold spray conditions to result in suitable properties. The study will focus on porosity formation mechanisms when spraying. A major objective is to determine a critical size for porosity above which gas-tightness no more meets the required specifications for the application. For this, relevant characteristics of pores (size, distribution, shape, ... ) will be assessed. More basically, the work aims to correlate, including using numerical simulation, these characteristics with the previously-mentioned formation mechanisms as a function of spraying conditions. The influence of the substrate (a metal or a polymer) onporosity will be studied in particular, through the study of modifications in the coating build-up. Coating-substrate bond strength will be determined, based on the study of adhesion mechanisms since an influence of these on gas-tightness can be expected

Dans cette thèse, nous avons étudié expérimentalement les propriétés physiques des fermions ultra-froids grâce à une machine conçue pour refroidir un mélange fermionique de 6Li et 40K. Après une courte description concernant la construction de l'expérience et quelques améliorations que j'ai implémentées pendant ma thèse (telles que la désorption atomique par lumière ultraviolette dans le 2D-MOT), l'exposé se concentre sur deux observations principales de l'origine fermionique des gaz de potassium et de lithium.La première partie présente la quasithermalization du 6Li dans un potentiel quadrupolaire, créé par un piège magnétique. Malgré l'absence de collisions dans un gaz fermionique polarisé en dessous d'une température donnée, nous observons une redistribution d'énergie dans l'ensemble statistique après une excitation dans le piège linéaire. Une étude expérimentale détaillée ainsi qu'une analyse théorique du phénomène sont présentées. De plus, une transformation canonique de l'hamiltonien du système permet la description de particules sans masses dans un piège harmonique. Les résultats expérimentaux du système réel (gaz 6Li dans un potentiel quadrupolaire) sont donc réinterprétés pour décrire ces particules non massiques, difficiles à observer. Un développement supplémentaire de notre système expérimental permet également la réalisation d'un couplage spin-orbite non-abélien dans le gaz fermionique sans interactions.Dans la deuxième partie, on décrit la réalisation d'un gaz dégénéré de 40K à l'aide du refroidissement évaporatif. Une succession d'étapes d'évaporation, utilisant différentes technologies de piégeage, nous permet d'obtenir 1.5e5 atomes dans l'état fondamental à une température de 62nK, température équivalente à 17% de la température de Fermi
In this thesis we investigate experimentally the physics of a cold fermionic mixture consisting of 6Li and 40K. After a short description of the experimental apparatus and of a few technical particularities implemented during my PhD, for example the light-induced atomic desorption in the 2D-MOT by UV-light, we focus on two main observations of the fermionic nature of the gas.The first part describes the quasithermalization of 6Li in a magnetic quadrupole potential. Even though collisions are absent in a spin-polarized fermionic gas below a given temperature, the statistical ensemble undergoes energy redistribution after an excitation within the linear potential. We present an extensive experimental study as well as a comprehensive theoretical analysis. Moreover, the studied Hamiltonian can be canonically mapped onto a system of massless, harmonically trapped particles and the previously developed results are re-interpreted in order to describe this experimentally inaccessible system. A further development of the realized experiment allows even for the implementation of spin-orbit coupling in a gas of non-interacting fermions.In the second part, we describe the evaporative cooling of 40K to quantum degeneracy. Through different evaporative cooling stages we reach with a final number of 1.5e5 atoms in the ground-state a temperature of 62nK, which corresponds to 17% of the Fermi temperature