Photoassociation dans l’Hélium métastable:

2ème générationSéminaire interne du groupe Atomes froids

Vendredi 24 Janvier 2003

Jérémie Léonard, Matt Walhout, Steven Moal,Michèle Leduc, Claude Cohen Tannoudji,

Allard Mosk, Peter v.d. Straten (Utrecht)

Tfusion Cu = 1083 °C …

Métallurgie…

Démontage

Bobinage

10 K, TOF = 5ms

2 mm

1.5 mK, TOF=1 ms

2 mm< 3 K

TOF = 7ms

1 mm

Remontage

-2

-1

0

1

0 500 1000 1500-2

-1

0

1

2

R [a0]

23S1+23P0

23S1 +23P2

23S1 +23P1

29 GHzGH

zG

Hz

Raie D0

@ 1083 nm

2.3 GHz

23S1 +23S1

5g+

1u

0u+

~50 nm

3 à 20 K

Introduction

V=4

+ h23S1+23S1 23S1+23P0

5s-wave => Jtot=2

Autour de la raie D0 …

Rotation due au transfert de quantité de mouvement du photon ? :ℓ ~dħk<50nm ħ 2/1083nm< ħ => reste s-wave => Jmol tot =Jelec=1

S=1, mS= -1

S=1 , L=1,mL=+1Jat=0

S=1, Jat=1B0

=0

S=1, mS= -1

Jelec tot=1

+ hL=0,mL=0

+ hS=1, mS= -1 S=1 , L=1,mL=+1

Jat=0

S=1Jat=1

B0

=1

S=1, mS= -1

Jelec tot=1

L=0,mL=0

-1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,00,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

v=4-25

MHz

v=3-86

MHz

v=2-253MHzv=1

-657 MHzv=0

-1,429 GHzDO

No

rma

lisé

e

Detuning (GHz)

-1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Nor

mal

ised

opt

ical

den

sity

Detuning from D0 [GHz]

Rappels…

Etats des calculs :

± 10 MHz

Asservissement du laser de photoassociation

Cellule absorptionSaturée (raie D0)

AOM 1 @ +240 MHzAsservissement Courant

+ cavité (largeur 300kHz)

DiodeLaser PA

Raie D0

-240 MHz AOM 2@ +240 MHz

Fréquence variable

Vers les atomes

-40 -30 -20 -10 0 10

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

S1 14/01/03

De

nsi

té o

ptiq

ue

au

ce

ntr

e

Désaccord par rapport à D0 [MHz]

-0,04 -0,020,0

0,2

0,4

Avant asservissement:

Den

site

opt

ique

au

cent

re

Après asservissement:

Précision de la mesure ~0.5 MHz

-25+-3 MHz-34.2MHz

B0 décaleles raies

-30 -25 -20 -15 -100

50

100

150

200

No

mb

re d

'ato

me

s (

a.u

.)

PA Laser Detuning (MHz)

-30 -25 -20 -15 -10

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

-20.0 MHz

DO

au c

entr

e

PA Laser Detuning (MHz)

-30 -25 -20 -15 -100

100

200

2 (p

ixe

ls2 )

PA laser detuning [MHz]

Observations

Nombre d’atomes peu affectéChauffage important

PA laser : intensité = Isatat/10 maxi

exposition = 10 ms

Raie moléculaire dépend:du biais B0,

de la densité

10 mK, 1014 at/cm3

Chauffage

-30 -25 -20 -15 -100

5

10

15

20

S5 16/01/03

centre -20.0 MHzlargeur 2.76 MHzhauteur 12.0 K

centre -20.0 MHzlargeur 3.13 MHzhauteur 6.1 K T

(K

)

Désaccord [MHz]

Idée : décroissance radiative dans 1 des 3 sous niveaux Zeeman :

1/3 atomes restent piégés avec une énergie cinétique ~ 1GHz (=50 mK) ( ½ profondeur du puits 0u+)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

0

5

10

15

20

25

30

Energie déposéee par atome (u.a.)

Elé

vatio

n d

e t

em

pé

ratu

re (K

) suivant axe // suivant axe Perp

=> Chauffage du nuage (profondeur du piège mag = 15 mK, + régime hydro)

Théoriquement : 1.8 at= 2.9 MHz < mol < 2 at = 3.6 MHz

Ca marche => pas ou peu de décroissance par ionisation

Énergie déposée proportionnelle au taux de photoassociation => fit lorentzien

Saturation ?

Effet Zeeman ?

0 1 2 3 4 5 6 7 8

-35

-30

-25

-20 Pente = -2.0

Ra

ie m

olé

cula

ire

[M

Hz]

position du fond (MHz)

B0 × gB

23S1 : g=2

Couteau RF

Courbure : mesurable?B0 >> dipole-dipole, structure fine comportement asymptotique de 23S1 +23P0

Energie

B0

23S1 +23S1

Ou+

2B+2B=4B

0

Pas d’effet Zeeman pour l’état moléculaire

+ h

S=1, mS=-1

S=1 , L=1,mL=+1Jat=0

S=1, Jat=1

23S1+23S1 23S1+23P0

B0

5

=0

S=1, mS=-1

s-wave

Jelec=1

Zeeman shift?

=> Jtot=2

Molécules d’axe orthogonal à B0

=

B0

Le dipôle induit interagit avec S (spin orbite) => rotation de S autour de l’axe moléculaire => projection en moyenne est nulle le long de B0 => pas de décalage Zeeman

B0 (qq 10 MHz) << Structure fine (30 GHz) ~ interaction dipôle-dipôle

L induit n’a pas deprojection « stationnaire » sur B0

Effet de densité

8 10 12 14 16-22,0

-21,5

-21,0

-20,5

-20,0

-19,5

-19,0

Lin

e f

req

ue

ncy

[M

Hz]

Fréquence de fin de rampe RF [MHz]8 10 12 14 16

-35,0

-34,5

-34,0

-33,5

-33,0

-32,5

-32,0

Fréquence de fin de rampe RF [MHz]

Lin

e f

req

ue

ncy

[M

Hz]

B0 ~ 0.5 MHz B0 ~ 7.5 MHz

Idée :

permittivité du vide=> permittivité du gaz diélectrique r

Indice de réfraction dans le gaz : n2 = 1+ Re(n/ n densité, désaccord par rapport à la raie atomique

=> Modification de l’interaction dipôle-dipôle (C3 diminue, v=4 « monte »)

Rôle du champ B0 : modifie le désaccord entre la raie moléculaire et la raie atomique

Raie moléculaire est une sonde accordable avec B0 pour mesurer l’indice de réfraction du gaz=> Mesure de densité?

Dans 6 semaines (???) :

S’asservir sur la raie v=3 (-80 MHz), puis v=2 (-250 MHz):

Indice de réfraction : effet doit être moindre à désaccord plus grand On n’attend plus de shift dû à la densité, même à champ B0 faible….

Même type de potentiel longue distance dans le rouge de D1

=> 2 états liés (accessibles avec AOM)

Calculs complets (effets de retard, couplages rotation/électrons …) =>Mesure de C3 ?

Effet Zeeman : mesure sur une plus grande gamme de champ => courbure?Chauffage : modèle quantitatif => accès au taux de PA? Mesure de a … )

(