Condensats de Bose-Einstein dans des doubles puits magnétiques

Bose-Einstein condensates in magnetic double well potentials

• Auteur / Autrice : Thorsten Schumm
• Direction : Chris Westbrook
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Résumé

Ce manuscrit présente deux réalisations expérimentales d'un double puit de potentiel magnétique pour des condensats de Bose-Einstein (CBE) sur puce atomique. Une première approche utilise des pièges statiques, crées par des micro fils, manipulant les atomes au voisinage de la surface de la puce. On observe une fragmentation du nuage atomique lorsque les atomes sont rapprochés de la structure piégeante. Cet effet, expliqué par la déviation du courant dans le fil, est due principalement à la rugosité de ses bords. Pour éviter la augmentation, une nouvelle méthode de fabrication (lithographie à faisceaux d'électrons, évaporation d'or) a permis de fabriquer des fils de section carrée de 700nm avec une bien meilleure qualité. Un CBE a été obtenu et chargé dans cette structure produisant le double puit. Cette technique a permis de séparer de manière contrôlée un nuage thermique en deux. Cependant, de nombreux problèmes techniques nous empêchent pour le moment d'effectuer la même expérience avec un CBE. La seconde approche suivie dans cette thèse utilise des pièges magnétiques statiques combinés avec un champ magnétique oscillant créant un double puit à l'aide du potentiel habillé de l'atome. Comme ce dispositif peut être réalisé loin de la surface, la fragmentation n'apparaît pas et un CBE a été séparé en deux. Un interféromètre à ondes de matière a alors été réalisé en recombinant les deux nuages. La figure d'interférence obtenue a permis de mesurer la phase relative entre ces deux condensats. La distribution de cette phase montre que le processus de séparation est cohérent. Nous avons regardé et contrôlé l'évolution de la phase relative pendant et après la séparation.

This thesis presents two realizations of magnetic double well potentials for Bose-Einstein condensates (BECs) on atom chips. One approach utilizes static magnetic traps, created by current carrying micro wires, manipulating the atoms close to the chip surface. As in all other atom chip experiments, cold atom clouds are found to break up to pieces in the vicinity of the trapping structure. A careful study of the underlying magnetic potential could attribute this fragmentation to current deviations, caused by corrugation of the wire edges. To avoid this effect, a new fabrication technique (electron beam lithography, gold evaporation) was employed to create 700nm cross section wires of significantly improved quality. A BEC was created and successfully transferred to the sub-micron structure, generating the double well. The general qualification of the device could be demonstrated by splitting cold thermal atomic clouds. However, numerous technical problems do yet prevent us from performing the experiment with BECs. The second approach pursued in this thesis combines static magnetic traps with oscillating (RF) magnetic fields and realizes a double well in the emerging adiabatic dressed potential. This scheme can be realized far from the chip surface, fragmentation does not occur and Bose-Einstein condensates could be split successfully. We realize a matter wave interferometer by recombining the two clouds in free expansion. The arising interference patterns reveal a narrow distribution of the relative phase, indicating a coherent splitting process. We monitor the phase evolution throughout and after the splitting and control it by deliberately unbalancing the double well.