Simultaneous D1 laser cooling of Bose-Fermi Lithium isotopes

Refroidissement laser simultané des deux isotopes bosonique et fermionique du Lithium sur les raies D1

• Auteur / Autrice : Gentle Dash
• Direction : Christophe Salomon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance le 13/06/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• 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 : Florian Schreck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Salomon, Florian Schreck, Bruno Laburthe-Tolra, Thomas Bourdel, Juliette Billy, Michel Brune
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Laburthe-Tolra, Thomas Bourdel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie quantique

Mots clés libres

Gaz ultrafroids

Refroidissement D1

Refroidissement des mélasses grises

Ultracold quantum gases

D1 cooling

Gray molasses cooling

Résumé

Cette thèse porte sur la construction d’une expérience de nouvelle génération sur un mélange de gaz quantiques bosons-fermions. Nous implémentons un refroidissement sub-Doppler D1 simultané sur les isotopes ⁶Li et ⁷Li de l’atome de lithium. Nous opérons une mélasse D1 sur la transition |Fg = 2⟩ → |Fe = 1⟩ du ⁷Li et la transition |Fg = 3/2⟩ → |Fe = 3/2⟩ du ⁶Li qui présentent des états noirs. En utilisant une nouvelle séquence pulsée, nous refroidissons les deux isotopes à partir d’une température de piège magnéto-optique (MOT) de ∼ 1 mK à moins de 100 µKen 3 ms. Nous discutons de l’optimisation de la séquence de refroidissement pulsé. Nous fournissons également une description détaillée de la machine en nous concentrant en particulier sur le système de diode lasers, la conception des bobines de champ magnétique et le nouveau contrôle informatique de l’expérience. Les densités dans l’espace des phases obtenues, de ∼ 2 × 10⁻⁶ pour les deux isotopes, sont adaptées au chargement direct d’un piège dipolaire fortement désaccordé avec∼ 7×10⁵ atomes où un refroidissement par évaporation jusqu’à la double dégénérescence quantique pourrait être effectué. Nos résultats ouvrent la voie à l’étude des propriétés quantiques des mélanges Bose-Fermi à très basse température.

This thesis reports on the construction of a new generation Bose-Fermi quantum gas experiment. We implement simultaneous D1 sub-Doppler cooling on ⁶Liand ⁷Li isotopes. We operate D1 molasses on ⁷Li |Fg = 2⟩ → |Fe = 1⟩ and on ⁶Li |Fg = 3/2⟩ → |Fe = 3/2⟩ which display dark states. Using a novel pulsed sequence we cool both isotopes from a magneto optical trap (MOT) temperature of ∼ 1 mKto less than 100 µK in 3 ms. We discuss the optimization of the pulsed cooling sequence. We also provide a detailed description of the machine focusing in particular on the all-diode laser system, the magnetic field coil design and the new computer control system. The obtained phase space densities of ∼ 2 × 10⁻⁶ are suitable for directly loading a far detuned optical dipole trap with ∼ 7 × 10⁵ atoms where evaporative cooling to dual quantum degeneracy could be performed. Our results pave the way towards the study of Bose-Fermi quantum many-body physics at low temperature.