Spin-1 Bose-Einstein condensates : experimental study with Sodium atoms in an optical dipole trap - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2012

Spin-1 Bose-Einstein condensates : experimental study with Sodium atoms in an optical dipole trap

Condensats de Bose-Einstein de spin 1 : étude expérimentale avec des atomes de sodium dans un piège optique

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David Jacob
  • Function : Author
  • PersonId : 865048

Abstract

This thesis reports on the magnetic properties of a sodium Bose-Einstein condensate in an optical dipole trap. In the first part, we present the apparatus and the experimental sequence for the production of an all-optical Bose-Einstein condensate. In a first step, we load a red-detuned crossed optical dipole trap from laser-cooled atoms. In a second step, atoms are evaporatively cooled in a combined trap formed by the crossed dipole trap and a tightly focused trap. We observe an efficient ''evaporative filling'' of the auxiliary trap, which maintains a high collision rate during the cooling stage. As a result, we cross the condensation threshold and are able to obtain almost pure Bose-Einstein condensates containing approximately 3000 atoms. In the second part, we concentrate on the study of the magnetic properties of the spinor gases. We present methods to control precisely the magnetization of the samples and describe the diagnostic of the spin composition. We use these sample to explore the low temperature phase diagram, as function of the magnetization and of the magnetic field. We find a good agreement between the experimental results and a mean-field theory assuming the single-mode approximation. Finally, we discuss the results of experiments where anomalous fluctuations of the relative populations are observed, at low field and at low magnetization. They are due to collective fluctuations that tend to restore spin symmetry. At the thermodynamic limit, they are expected to disappear, but are present in our finite size samples.
Mon projet de thèse a eu pour objectif l'étude des propriétés magnétiques de condensats de Bose-Einstein d'atomes de Sodium confinés dans un piège optique. Dans la première partie, nous présentons le dispositif expérimental et le protocole suivi pour la production tout-optique de condensats. La première étape consiste dans le chargement d'un piège dipolaire croisé désaccordé vers le rouge à partir d'atomes pré-refroidis dans un piège magnéto-optique. La deuxième étape est le refroidissement évaporatif dans un piège dipolaire composite, combinaison du piège dipolaire croisé avec un faisceau fortement focalisé. Nous sommes ainsi capables de réaliser des condensats de Bose-Einstein quasi-purs contenant environ 3000 atomes. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons aux propriétés magnétiques qui découlent de la présence de trois espèces de spin simultanément piégées. Nous présentons des méthodes de contrôle de la magnétisation des nuages ultra-froids, ainsi que des procédures de diagnostic de la composition de spin. Nous utilisons ces échantillons pour explorer le diagramme de phase à basse température, en fonction de la magnétisation et du champ magnétique. Nous montrons l'accord satisfaisant de ces résultats expérimentaux avec une théorie de champ champ moyen dans l'approximation de mode commun. Enfin, nous observons des fluctuations anormales des populations à bas champ et basse magnétisation. On les relie à des fluctuations collectives tendant à restaurer la symmétrie de spin, qui disparaissent à la limite thermodynamique mais sont présentes dans nos échantillons de taille finie.
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Dates and versions

tel-00730750 , version 1 (11-09-2012)

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  • HAL Id : tel-00730750 , version 1

Cite

David Jacob. Condensats de Bose-Einstein de spin 1 : étude expérimentale avec des atomes de sodium dans un piège optique. Physique Quantique [quant-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00730750⟩
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