Réalisation d'un faisceau d'ions-électrons monochromatiques à partir d'atomes refroidis par laser

Realisation of a monochromatic ion/electron beam based on laser-cooled atoms

• Auteur / Autrice : Yoann Bruneau
• Direction : Pierre Pillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 01/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Aimé Cotton (Orsay, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Chris Westbrook
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Pillet, Chris Westbrook, Maria Allegrini, Bruno Laburthe-Tolra, Pierre Sudraud, Daniel Comparat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Allegrini, Bruno Laburthe-Tolra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sources d'ions

Atomes froids

Rydberg, États de

Mots clés libres

Jet atomique

PMO

Laser pousseur-guideur

Rydberg

Photoionisation

Faisceau focalisable

Ions

Électrons

Brillance

Atomic beam

MOT

Pushing-guiding laser

Rydberg

Photoionisation

Focused beam

Ions

Electrons

Brightness

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude d’une nouvelle source de particules chargées peu dispersive basée sur le refroidissement d’atomes par laser. Les technologies actuelles, basées sur des pointes fines de quelques nanomètres, sont limitées à des faisceaux de hautes énergies (champ d’accélération supérieur à 10 kV) et de fortes dispersions supérieures à 1 eV du fait des fortes interactions entre les particules se retrouvant très proches les unes des autres au moment de leur création. Une nouvelle source, basée sur un jet atomique refroidi transversalement et ionisé par lasers, permet d’étendre la zone de création des particules chargées à des dimensions de quelques centaines de micron et ainsi de limiter les intéractions entre les particules, tout en créant une source refroidie à 100 µK et ainsi très peu dispersive. Un guidage, utilisant la force dipolaire exercée par un laser appliqué le long de la propagation des atomes, est étudié expérimentalement et permet de piéger les atomes au centre du laser piégeur. En jouant sur la forme du laser, il est ainsi possible de concentrer les atomes dans une section de diamètre de l’ordre de 0,4 mm. Il est dès lors envisageable de créer une source de particules chargées avec des courants supérieurs au nA. L’ionisation des atomes du jet refroidi, basée sur l’ionisation d’atomes de Rydberg sous champ, est étudiée et comparée aux récentes expériences de photoionisation d’atomes refroidis dans un MOT-3D.

This thesis presents the creation of charged-particle beam based on a source with a low energy spread. Common sources, based on thin nanometer-size needle, allows to create charged-particles beams with a high energy (electric higher than 10 kV are used) and with a high energy spread (higher than 1 eV) due to interactions between particles created close to each other. A new source, based on an atomic beam cooled transversaly and ionized using lasers, allows to extend the size of the source until 100 µm and limit the interactions between particles while creating a cold source with temperatures as low as few 100 µK and thus with a low energy spread. A guiding laser applied along the propagation axis of the atomic beam uses the dipole force to concentrate the atoms in a area with a size as little as 0,4 mm while keeping the properties of low temperature of the atomic beam. With this kind of source, it is possible to create a charged-particle beam with a current greater than 1 nA. A new process of ionisation based Rydberg ionisation is studied in this thesis and compared to the early experiments based on photoionisation of cold atoms from a 3D-MOT.