Réalisation d'un interféromètre atomique Stern-Gerlach à partir d'un jet supersonique d'argon métastable polarisé et analysé par lasers - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

A Stern-Gerlach Atomic Interferometer using a Supersonic Beam of Metastable Argon, Polarised and Analysed with Lasers

Réalisation d'un interféromètre atomique Stern-Gerlach à partir d'un jet supersonique d'argon métastable polarisé et analysé par lasers

Résumé

This work describes the building and first results obtained with a Stern-Gerlach atomic interferometer using a supersonic beam of metastable argon atoms, spin-polarised and analysed with lasers. Its performances are compared to those of a similar interferometer using a hyperthermal beam of metastable hydrogen. To set up a Stern-Gerlach interferometer, an atomic beam in a high-vacuum chamber is needed. The atoms have to be spin-polarised, and, after crossing a well-controlled magnetic field region, spin-analysed. This is done thanks to diode lasers locked on atomic lines associated to fibre optics. Two wavelength are used : one around 812 nm, sigma polarised, the other near 801 nm, pi polarised. The magnetic fields in the interferometer core are created by electrical coils surrounded by a magnetic shielding. Using a position sensitive detector, we have demonstrated the high sensitivity of this set-up when used with a supersonic beam instead of an effusive beam. The interference signal is then much more sensitive to the magnetic profile details. This property is confirmed by the apparition of unexpected structures in the interference patterns, linked to geometrical phase effects caused by the evolution of a spin 2 in a conical magnetic field. These results allow us to contemplate the use of this interferometer in the field of atom lithography, as well as for more fundamental studies on quantum phases.
Ce travail relate la construction et les premiers résultats obtenus avec un interféromètre atomique Stern-Gerlach fonctionnant avec un jet supersonique d'atomes d'argon métastable, de moment angulaire 2, préparé et sélectionné en spin par lasers. Ses performances sont comparées à celles d'un interféromètre du même type fonctionnant avec un jet hyperthermique d'atomes d'hydrogène métastable, de moment angulaire 1. Pour réaliser un interféromètre Stern-Gerlach, il faut disposer d'une enceinte à vide traversée par un jet d'atomes polarisés puis analysés en spin après une évolution dans une zone de champ magnétique bien contrôlé. Ceci est réalisé par l'usage de diodes lasers asservies sur des raies atomiques associées à une optique fibrée. Les transitions choisies étaient fixées autour de 812 nm en polarisation sigma et 801 nm en polarisation pi. La zone de champ magnétique du coeur de l'interféromètre est réalisée par un circuit magnétique centré sur l'axe du jet atomique, protégé par un blindage magnétique. En employant un détecteur sensible à la position, nous avons mis en évidence la grande sensibilité de ce dispositif lorsqu'on emploie un jet supersonique à la place d'un jet effusif. Le signal interférométrique dépend alors bien plus finement des détails du profil magnétique. Cette propriété est mise en évidence par l'apparition dans les figures d'interférences de structures inattendues liées aux effets de phase géométrique traduisants l'évolution du spin 2 dans un champ magnétique conique. Ces résultats permettent de guider la réflexion sur l'application de cet interféromètre, tant vers des expériences visant la nanolithographie, qu'à des études plus fondamentales sur les phases quantiques, prolongeant les études déjà réalisées sur l'hydrogène.
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Dates et versions

tel-00004661 , version 1 (15-02-2004)

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  • HAL Id : tel-00004661 , version 1

Citer

Bruno Viaris de Lesegno. Réalisation d'un interféromètre atomique Stern-Gerlach à partir d'un jet supersonique d'argon métastable polarisé et analysé par lasers. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00004661⟩
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