Puce à atomes supraconductrice : Atomes froids dans un environnement cryogénique et excitation d’atomes de Rydberg
Andreas Emmert (LKB)

Infos Complémentaires

Salle Conf IV
Département de Physique ENS
24, rue Lhomond
75005 Paris

jeudi 2 juillet

Résumé :

Les puces à atomes sont des outils polyvalents pour la manipulation
d’atomes froids avec des champs magnétiques créés par des
microstructures. Cependant, on observe de fortes pertes d’atomes dans
de tels pièges à cause du retournement de spin, engendrées par des
fluctuations radio-fréquence du champ magnétique lorsque les atomes
sont proches de la surface. Ces fluctuations viennent du bruit
Johnson-Nyquist dans des structures métalliques. Dans notre
expérience, nous observons un très long temps de vie des atomes loin
de la puce dans un environnement cryogénique dû au vide résiduel
obtenu par pompage cryogénique. Pourtant, à une distance de quelques
dizaines de microns, le temps de vie reste limité par le bruit
Johnson-Nyquist.

Une solution pour ce problème est l’utilisation d’un environnement
purement supraconducteur, même dans le cas réaliste d’une puce
supraconductrice de type II comprenant des vortex. Nous observons en
outre que le supraconducteur influence le potentiel de piégeage,
démontrant la présence de courants permanents à l’échelle
micrométrique. Nous sommes capables d’induire ces courants à la
demande avec la possibilité de réaliser des pièges complexes.
Une puce cryogénique peut également piéger des atomes fortement
excités (atomes de Rydberg) possédant un très grand moment dipolaire
qui pourrait être couplé à des dispositifs quantiques mésoscopiques.
Dans ce but, nous avons adapté l’expérience à l’excitation d’atomes de
Rydberg. Les premiers spectres montrent que le champ électrique
parasite au voisinage de la puce est suffisamment faible pour une
future excitation d’un atome unique à la demande par blocage
dipolaire.

Abstract :

Atom-chips are a versatile tool for the manipulation of cold atoms
with magnetic potentials created by microstructures. However, one
observes significant atom losses in those traps caused by spin-flip
transitions, induced by radio-frequency fluctuations of the magnetic
field, when the atoms are close to the chip surface. These
fluctuations are due to Johnson-Nyquist noise in metallic structures.
In our setup, the lifetime of atoms far away from the chip in a
cryogenic environment is very long due to a low residual pressure
obtained by cryogenic pumping. At a distance of several tens of
micrometers yet, the lifetime is still limited by Johnson-Nyquist
noise.

One solution to this problem is the use of a purely superconducting
environment, even in the realistic case of an atom-chip made of a type
II superconductor containing vortices. We observe that the
superconducting film influences the trapping potential, demonstrating
the presence of micrometer size permanent supercurrents. We are able
to induce these currents on demand with the potentiality to create
complex traps.
A cryogenic atom-chip can also be used for trapping strongly excited
atoms (Rydberg atoms) which have a huge transition dipole moment that
could be coupled to mesoscopic solid-state quantum systems. This
long-term goal in mind, we have adapted our experiment for the
excitation of Rydberg atoms. First excitation spectra reveal a
parasitic electric field in the close vicinity of the atom-chip which
is sufficiently weak for the next step of our experiment, the
excitation of an single atom on demand using the dipole blockade
effect.

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24, rue Lhomond
75005 Paris