CONDENSATION DE BOSE-EINSTEIN AVEC UN ÉLECTROAIMANT À NOYAU FERROMAGNÉTIQUE : STRATÉGIES DE REFROIDISSEMENT DANS DES CHAMPS MAGNÉTIQUES INTENSES - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2000

CONDENSATION DE BOSE-EINSTEIN AVEC UN ÉLECTROAIMANT À NOYAU FERROMAGNÉTIQUE : STRATÉGIES DE REFROIDISSEMENT DANS DES CHAMPS MAGNÉTIQUES INTENSES

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Abstract

Radio-frequency evaporation of atoms in a magnetic trap is the only way to obtain Bose-Einstein Condensation that has been demonstrated for a dilute atomic gas. In order to magnetically trap, and cool a gas of rubidium 87 atoms, we designed an electromagnet which uses ferromagnetic materials and is capable of generating strong magnetic gradients with a low power consumption. Our first electromagnet had a strong magnetic field, of the order of 100 Gauss, at the centre of the trap, for which the non-linear Zeeman effect lifted the degeneracy of the radio-frequency transitions between the magnetic sublevels. We studied evaporation using a single radio-frequency in this regime and found that the non-linear Zeeman effect did not hinder the evaporation of atoms in the F = 1 hyperfine level, where we were able to observe Bose-Einstein condensation. However, in the F = 2 hyperfine level, it was impossible to condense the gas because the process of evaporation is inhibited by the lack of degeneracy for a magnetic field greater than 15 Gauss. To overcome this difficulty, we performed the cooling either by simultaneously using three different radio-frequencies to evaporate, or by sympathetic cooling of the atoms in F = 2 through thermal contact with atoms in F = 1. Both these techniques allowed condensation to be obtained for atoms in F = 2 in a relatively strong magnetic field. We have since designed and built a second electromagnet which can still generate strong gradients, but has a small magnetic field at the centre of the trap. This new generation will ease the evaporation of atoms in F = 2 and allow experiments which require a strong confinement or an anisotropic trapping potential.
Actuellement, l'évaporation par radiofréquence en piège magnétique reste un passage obligé pour l'obtention de gaz atomiques dégénérés. Afin de piéger magnétiquement et de refroidir un gaz d'atomes de Rubidium 87, nous avons conçu un électroaimant basé sur l'utilisation de matériaux ferromagnétiques, capable de générer de forts gradients pour une puissance électrique modeste. La première version du dispositif se caractérise par une forte valeur du champ magnétique au centre du piège, de l'ordre de 100 Gauss, pour laquelle l'effet Zeeman non linéaire lève la dégénérescence des transitions radiofréquence entre les sous-niveaux magnétiques. Nous avons étudié dans un premier temps le refroidissement évaporatif à une seule radiofréquence dans ce régime. L'évaporation n'est pas perturbée dans le niveau hyperfin F = 1, et nous avons observé la condensation de Bose-Einstein. Par contre, dans le niveau F = 2, le processus d'évaporation est inhibé, et il est impossible de condenser le gaz pour un champ magnétique supérieur à environ 15 Gauss. Dans un deuxième temps, nous avons contourné cette difficulté, soit en évaporant les atomes avec trois radiofréquences distinctes, soit en faisant du refroidissement sympathique, c'est-à-dire en maintenant les atomes dans F = 2 en contact thermique avec un nuage d'atomes dans F = 1, lui-même refroidi par évaporation. Ces deux techniques permettent d'atteindre le seuil de condensation dans F = 2 à relativement fort champ. Enfin, nous avons conçu et réalisé une deuxième version de l'électroaimant permettant de compenser le champ magnétique au centre du piège, tout en conservant l'aptitude à générer de forts gradients. Cette nouvelle génération devrait apporter une solution définitive à l'évaporation des atomes dans F = 2, et déboucher sur la réalisation d'expériences nécessitant un fort confinement ou un potentiel de piégeage très anisotrope.
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Dates and versions

tel-00003491 , version 1 (06-10-2003)

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Cite

Vincent Boyer. CONDENSATION DE BOSE-EINSTEIN AVEC UN ÉLECTROAIMANT À NOYAU FERROMAGNÉTIQUE : STRATÉGIES DE REFROIDISSEMENT DANS DES CHAMPS MAGNÉTIQUES INTENSES. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003491⟩
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