Vers une imagerie à atome unique du gaz de Fermi unitaire

Towards single-atom imaging of the unitary Fermi gas

• Auteur / Autrice : Kunlun Dai
• Direction : Antoine Heidmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance le 03/11/2022
• 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 : Denis Boiron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Heidmann, Denis Boiron, Sebastian Will, Juliette Simonet, Christopher J. Foot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sebastian Will

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie quantique

Mots clés libres

Gaz ultrafroid

Fermions en interaction forte

Superfluidité

Imagerie d'atomes individuels

Ultracold gases

Strongly interacting Fermions

Superfluidity

Single atom imaging

Résumé

Cette thèse présente une expérience de nouvelle génération dédiée à l'étude de gaz quantique 6Li, dotée de vastes capacités et visant à étudier les propriétés microscopiques d'un gas de Fermi à fortes interactions au voisinage et sous le seuil de la transition suerfluide. Sur ce dispositif, nous sommes parvenus à refroidir les atomes 6Li jusqu'à un état fortement dégénéré grâce à une séquence de refroidissment d'une durée de 13 s. Avec un réseau optique correctement caractérisé et d'un microscope à haute résolution, le montage a été préparé pour enregistrer des images de fluorescence à l'échelle de l'atome individuel. Cette expérience sera un puissant outil pour l'étude des corrélations dans les systèmes de Fermi en fortes interactions. En combinaison avec des potentiels optiques correctement ajustés, nous pouvons étendre nos measures à des gas homogénes et à la recherche de phases superfluides avec différentes populations de spins.

This thesis presents our new generation 6Li-based quantum gas experiment with wide-ranging capabilities, mainly aiming to study the microscopic properties of strongly interacting Fermi gases near and below the superfluid transition. On this setup, we have achieved efficient cooling of the 6Li atoms to deep quantum degeneracy within 13 s sequence duration. With a well characterized pinning lattice and a high-resolution microscope objective, the machine has been prepared to take single-atom fluorescence images of bulk ultracold Fermi gases. This machine will serve as a powerful tool to study the correlations in strongly interacting Fermi systems. Combining with tailored optical potentials, we can extend our measurements to homogeneous gases and search for exotic spin-imbalanced superfluid phases.