Towards quantum degenerate Fermi mixtures: Photoassociation of weakly bound 6Li40K molecules
Résumé
This thesis reports on the construction of a new experimental apparatus aiming to study, at ultracold temperatures, a quantum degenerate gas mixture of two different atomic species of fermionic nature: 6Li and 40K. A detailed description of the design and implementation as well as a characterization of the apparatus is presented. We have realized a very large atom number dual-species magneto-optical trap and a magnetic transport of the two species over a large distance. We have used this atomic mixture to create, for the first time, excited heteronuclear 6Li40K* molecules by photoassociation. We have recorded and assigned photoassociation spectra for the most weakly bound states of seven excited molecular potentials and inferred the shape of the molecular potentials at long range. Our results pave the way for the production of ultracold bosonic ground-state 6Li40K molecules which exhibit a large intrinsic permanent electric dipole moment. Finally we have developed theoretically a novel method for the manipulation of quantum particles, which could be applied to polar 6Li40K molecules. This method consists in trapping the particles in a rapidly oscillating potential (ROP) and to induce an instantaneous change of phase of the trapping potential (a phase hop). We show that the particle's motion can thus be significantly manipulated in a controlled fashion. This method has found a first application for Bose-Einstein condensates trapped in a time-averaged orbiting potential.
Mon projet de thèse a eu pour objectif la construction d'un dispositif expérimental visant à étudier, à très basse température, un mélange de gaz dégénéré composé de deux espèces fermioniques: 6Li et 40K. Une description détaillée du montage de sa mise en place ainsi qu'une caractérisation du dispositif sont présentées. Nous avons réalisé un piège magnéto-optique à deux espèces avec un très grand nombre d'atomes, et un transport magnétique sur une grande distance. Les premières expériences avec le mélange atomique ont permis la première création de molécules hétéronucléaires excitées 6Li40K* par photoassociation. Nous avons enregistré et assigné des spectres de photoassociation pour les états les plus faiblement liés de sept potentiels moléculaires et nous en avons déduit la forme des potentiels à longues distances. Nos résultats ouvrent la voie vers la formation de molécules bosoniques 6Li40K ultra-froides dans leur état fondamental, caractérisé par un grand moment dipolaire électrique permanent. Sur le plan théorique, nous avons développé une nouvelle méthode pour la manipulation des particules quantiques, qui pourrait être appliquée aux molécules 6Li40K. Cette méthode consiste à piéger les particules dans un potentiel oscillant rapidement et induire un changement instantané de phase du potentiel (un saut de phase). Nous montrons que le mouvement moyen des particules peut ainsi être manipulé de manière contrôlée. La méthode proposée a trouvé une première application pour les condensats de Bose-Einstein piégés à l'aide d'un piège magnétique du type "TOP".