Une expérience de nouvelle génération pour l'étude de gaz de Fermi en interaction forte

A new generation experiment for the study of strongly interacting Fermi gases

• Auteur / Autrice : Shuwei Jin
• Direction : Christophe Salomon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Stefan Kuhr
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Salomon, Stefan Kuhr, Giacomo Roati, Leticia Tarruell, Bruno Laburthe-Tolra
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giacomo Roati

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie quantique

Mots clés libres

Gaz ultrafroids

Fermions en interaction forte

Superfluidité

Imagerie à atome unique

Ultracold Gases

Strongly interacting Fermions

Superfluidity

Single atom imaging

Résumé

Cette thèse expose la construction d’une expérience de gaz quantiques de nouvelle génération, ayant pour objectif d’étudier les gaz de Fermi de ⁶Li en interaction forte. Une description détaillée du design et de la mise en œuvre, ainsi que la caractérisation du montage sont présentées. Nous avons réalisé un grand piège magnéto-optique de ⁶Li, suivi par une mélasse grise, afin de refroidir efficacement les atomes à des températures sub-Doppler, ce qui constitue un excellent point de départ pour le chargement dans un piège dipolaire optique. Un transport optique avec une haute efficacité conjointement à un refroidissement évaporatif à l’unitarité permet la production d’un gaz de Fermi ultrafroid de ⁶Li à la fin d'une séquence d’une durée totale de 16s. Combinée avec l’utilisation de l’imagerie à atome unique et de potentiels sur-mesure, cette nouvelle machine ouvre la voie à des expériences nouvelles sur les gaz de Fermi ultrafroids, comme par exemple la mesure des fonctions de corrélation dépendant du spin ou la recherche des phases exotiques de superfluides à déséquilibre de spin.

This thesis reports on the construction of a new generation quantum gas experiment aiming to study strongly interacting Fermi gases of ⁶Li. A detailed description of the design and implementation, as well as characterization of the apparatus is presented. We have realized a large magneto-optical trap of ⁶Li followed by a gray molasses, to efficiently cool the atoms to sub-Doppler temperatures, which yield excellent starting conditions for loading into an optical dipole trap. An optical transport with high efficiency as well as evaporative cooling at unitarity leads to the production of an ultracold Fermi gas of ⁶Li in a total sequence duration of 16s. Combined with the utilization of single-atom imaging and tailored potentials, this newly built machine paves the way towards novel experiments on ultracold Fermi gases, such as the measurement of spin-dependent correlation functions or the quest for exotic spin-imbalanced superfluid phases.