Abstract: In the perspective of studying dipole-dipole interactions in quantum degenerate Bose and Fermi gases, we have built an experimental setup for cooling and trapping Chromium (Cr) atoms. In this respect, one needs to use appropriate technological solution, such as a high-temperature oven (T = 1500 C) and a laser system providing high laser power at 425 nm. Our experiments allow us to obtain magneto-optical traps for the two main isotopes of Cr (i.e. the bosonic 52Cr and the fermionic 53Cr). These traps are characterized by large light-assisted collisional loss rates, which have been studied both experimentally and theoretically. The existence of radiative decay channels towards two long-lived metastable states allows the magnetic trapping and accumulation of fairly large atom numbers of cold Cr atoms. We have studied the possibility of modifying the shape of these traps with the use of RF magnetic fields, which allowed the study of collisional properties of Cr atoms in the metastable states. Finally, we have demonstrated a new continuous loading technique of an optical dipole trap with more than one million metastable 52Cr atoms, at 100 microK. The transfer into the ground state and the polarization in the lowest-energy Zeeman sublevel opens the perspective for reaching the Bose-Einstein condensation of Cr through evaporative cooling.
Dans la perspective d'étudier les interactions dipolaires dans des gaz de bosons et de fermions dégénérés, nous avons mis en place un dispositif expérimental pour refroidir et piéger les atomes de chrome (Cr). Il faut pour cela recourir à des solutions technologiques particulières, comme l'utilisation d'un four à haute température (~1500°C) et d'un dispositif laser délivrant une puissance lumineuse élevée à 425 nm. Nos expériences permettent d'obtenir des pièges magnéto-optiques pour les deux isotopes majoritaires du Cr (le 52 Cr bosonique et le 53 Cr fermionique). Ces pièges sont caractérisés par de forts taux de collisions inélastiques assistées par la lumière, que nous avons étudié expérimentalement et théoriquement. La présence de fuites vers des états métastables permet l'accumulation dans des pièges magnétiques d'un nombre conséquent d'atomes. Nous avons aussi étudié la possibilité de modifier la forme de ces pièges, à l'aide de champs RF. Les propriétés collisionelles des états métastables sont étudiées en détail.
Finalement, nous avons mis en oeuvre une nouvelle méthode de chargement en continu d'un piège optique avec plus d'un million d'atomes métastables de 52 Cr, à 100 µK. La polarisation des atomes de Cr dans l'état minimal en énergie du niveau fondamental ouvre des perspectives pour atteindre la condensation de Bose-Einstein du chrome par refroidissement évaporatif.
Membres du jury
Tilman Pfau, Université de Stuttgart, Président
Jean Dalibard, LKB, ENS, Rapporteur
Christoph Westbrook, Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique, Rapporteur
Christian Chardonnet, LPL, Université Paris 13
Bruno-Laburthe-Tolra, LPL, Université Paris 13
Olivier Gorceix, LPL, Université Paris 13, Directeur de thèse
Mots clés
Chrome, Refroidissement laser, piégeage magnéto-optique, piégeage magnétique, piégeage optique, collisions froides, refroidissement évaporatif