Ultracold Fermi mixtures and simultaneous sub-Doppler laser cooling of fermionic ^{6}Li and ^{40}K - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Ultracold Fermi mixtures and simultaneous sub-Doppler laser cooling of fermionic ^{6}Li and ^{40}K

Franz Sievers
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 961339

Résumé

This thesis reports on novel techniques for experimental studies of ultracold, fermionic lithium and potassium quantum gases. The new parts of our ^{6}Li-^{40}K apparatus are described and characterized. We present a narrow-linewidth, all-solid-state laser source, emitting 5W at 671 nm. We employ the laser source in the context of a novel sup-Doppler cooling mechanism, operating on the D1 atomic transition of alkali atoms, for laser cooling of lithium. This D1 molasses allows us to simultaneously cool a mixture of ^{6}Li and ^{40}K atoms to deep sub-Doppler temperatures, while retaining large atom numbers and high atomic densities. The measured phase space densities after the molasses phase are on the order of 10^{-4} for both ^{6}Li and ^{40}K. The D1 laser cooling paves the way for fast evaporation to quantum degeneracy in magnetic and optical traps. We present the evaporative cooling of ^{40}K atoms. The evaporation starts in an optically plugged magnetic quadrupole trap and continues in an optical dipole trap. At the end of the evaporation, we obtain a quantum degenerate spin-mixture of ^{40}K atoms, with more than 7x10^5 atoms in each of the two spin states and T/T_F<0.34.
Ce travail rend compte de nouvelles techniques développées pour l’étude expérimentale de gaz ultrafroids de lithium et de potassium fermioniques. Les améliorations de notre expérience ^{6}Li-^{40}K y sont décrites et caractérisées. Nous présentons un laser solide de grande finesse capable d’émettre 5W de puissance à 671 nm. Nous utilisons cette source laser dans le contexte d'une nouvelle technique de refroidissement sub-Doppler, reposant sur la transition atomique D1 des atomes alcalins, pour refroidir des atomes de lithium. Cette mélasse D1 nous permet de refroidir simultanément les atomes de ^{6}Li et de ^{40}K à des températures bien inférieures à la limite Doppler, tout en manipulant des grands nombres d’atomes à des densités importantes. Nous avons mesuré une densité dans l’espace des phases après l’étape de mélasse de l’ordre de 10^{-4} à la fois pour le ^{6}Li et le ^{40}K. Le refroidissement laser D1 ouvre la voie à une évaporation rapide vers la dégénérescence quantique dans un piège magnétique ou optique. Nous présentons le refroidissement évaporatif d’atomes de ^{40}K. L’évaporation débute dans une piège magnétique pluggé et continue dans un piège dipolaire optique. A l’issue de l’évaporation, nous obtenons un mélange de spins dégénéré, avec plus de 7x10^5 atomes dans chacun des deux états de spin et une température T/T_F<0.34.
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Dates et versions

tel-01081651 , version 1 (10-11-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01081651 , version 1

Citer

Franz Sievers. Ultracold Fermi mixtures and simultaneous sub-Doppler laser cooling of fermionic ^{6}Li and ^{40}K. Quantum Gases [cond-mat.quant-gas]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01081651⟩
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