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  1. 1. Horloge micro-onde à ions: analyse et transport d’un nuage d’ions dans un piège à plusieurs zones Marius Romuald KAMSAP Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, UMR 7345 Aix-Marseille Université, CNRS Soutenance de thèse 17 décembre 2015
  2. 2. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Projet de l’équipe CIML : Métrologie de fréquence Collaboration entre l’équipe CIML et le Centre National d’Études Spatiales (CNES) 2 / 46
  3. 3. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Projet de l’équipe CIML : Métrologie de fréquence Collaboration entre l’équipe CIML et le Centre National d’Études Spatiales (CNES) Objectif pour le CNES : Horloge micro-onde stable en fréquence pour des longues durées (≈ 10−15 s/jour) 2 / 46
  4. 4. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Projet de l’équipe CIML : Métrologie de fréquence Collaboration entre l’équipe CIML et le Centre National d’Études Spatiales (CNES) Objectif pour le CNES : Horloge micro-onde stable en fréquence pour des longues durées (≈ 10−15 s/jour) Qui n’emploie pas de source laser (excité par lampe) (durée de vie des lasers⇒ facteur limitant pour la Navigations spatiales de longue durée) 2 / 46
  5. 5. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Projet de l’équipe CIML : Métrologie de fréquence Collaboration entre l’équipe CIML et le Centre National d’Études Spatiales (CNES) Objectif pour le CNES : Horloge micro-onde stable en fréquence pour des longues durées (≈ 10−15 s/jour) Qui n’emploie pas de source laser (excité par lampe) (durée de vie des lasers⇒ facteur limitant pour la Navigations spatiales de longue durée) Objectif pour l’équipe : Réduire l’impact de certains facteurs limitant la stabilité de fréquence de l’horloge 2 / 46
  6. 6. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Candidat à la fréquence micro-onde 199Hg+ 194 nm 40,5 GHz 6,9 GHz 2 S1/2 F=1, mF = 0 F=0, mF = 0 2 P1/2 F=1 F=0 Transition hyperfine de 2S1/2 à 40,5GHz (λ = 7, 4mm) 3 / 46
  7. 7. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Candidat à la fréquence micro-onde 199Hg+ 194 nm 40,5 GHz 6,9 GHz 2 S1/2 F=1, mF = 0 F=0, mF = 0 2 P1/2 F=1 F=0 Transition hyperfine de 2S1/2 à 40,5GHz (λ = 7, 4mm) Régime de Lamb Dicke ∆X0 < λ ⇒ sans refroidissement laser / horloge optique → Effet Doppler de 1er ordre éliminé 3 / 46
  8. 8. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Candidat à la fréquence micro-onde 199Hg+ 194 nm 40,5 GHz 6,9 GHz 2 S1/2 F=1, mF = 0 F=0, mF = 0 2 P1/2 F=1 F=0 Transition hyperfine de 2S1/2 à 40,5GHz (λ = 7, 4mm) Régime de Lamb Dicke ∆X0 < λ Stabilité de fréquence : variance d’Allan σ(τ0) = ∆ν ν0 1 SNR T0 τ0 3 / 46
  9. 9. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Candidat à la fréquence micro-onde 199Hg+ 194 nm 40,5 GHz 6,9 GHz 2 S1/2 F=1, mF = 0 F=0, mF = 0 2 P1/2 F=1 F=0 Transition hyperfine de 2S1/2 à 40,5GHz (λ = 7, 4mm) Régime de Lamb Dicke ∆X0 < λ Stabilité de fréquence : variance d’Allan σ(τ0) = ∆ν ν0 1 SNR T0 τ0 Pour une meilleure stabilité de fréquence Grand nombre d’ions SNR ⇒ N 3 / 46
  10. 10. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Candidat à la fréquence micro-onde 199Hg+ 194 nm 40,5 GHz 6,9 GHz 2 S1/2 F=1, mF = 0 F=0, mF = 0 2 P1/2 F=1 F=0 Transition hyperfine de 2S1/2 à 40,5GHz (λ = 7, 4mm) Régime de Lamb Dicke ∆X0 < λ Stabilité de fréquence : variance d’Allan σ(τ0) = ∆ν ν0 1 SNR T0 τ0 Pour une meilleure stabilité de fréquence Grand nombre d’ions SNR ⇒ N Nombre d’ions constant ⇒ ν0 constante ⇒ ∆ν Faible effet Doppler de second ordre 3 / 46
  11. 11. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique www.nasa.gov 4 / 46
  12. 12. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique Refroidissement par gaz tampon à 300K www.nasa.gov 4 / 46
  13. 13. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique Refroidissement par gaz tampon à 300K Faible effet Doppler de second ordre ⇒ Pièges multipolaires (2k-pôles) www.nasa.gov 4 / 46
  14. 14. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique Refroidissement par gaz tampon à 300K Faible effet Doppler de second ordre ⇒ Pièges multipolaires (2k-pôles) ∆νD2 ν0 ∝ NL k − 1 avec k www.nasa.gov 4 / 46
  15. 15. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique Refroidissement par gaz tampon à 300K Faible effet Doppler de second ordre ⇒ Pièges multipolaires (2k-pôles) ∆νD2 ν0 ∝ NL k − 1 avec k Profondeur du puits ∝ 1 k2 www.nasa.gov 4 / 46
  16. 16. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique Refroidissement par gaz tampon à 300K Faible effet Doppler de second ordre ⇒ Pièges multipolaires (2k-pôles) ∆νD2 ν0 ∝ NL k − 1 avec k Profondeur du puits ∝ 1 k2 www.nasa.gov création et détection des ions ⇒ piège plus profond 4 / 46
  17. 17. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Prototype d’horloge du JPL-NASA (Deep Space Atomic Clock) Nuage de ∼ 107 ions créés par bombardement électronique Refroidissement par gaz tampon à 300K Faible effet Doppler de second ordre ⇒ Pièges multipolaires (2k-pôles) ∆νD2 ν0 ∝ NL k − 1 avec k Profondeur du puits ∝ 1 k2 www.nasa.gov création et détection des ions ⇒ piège plus profond Piège quadrupolaire 2k = 4 Création et détection des ions Piège multipolaire (2k = 8, 12, 16) excitation micro-onde 4 / 46
  18. 18. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Mise en œuvre expérimentale avec le 40Ca+ au lieu de 199Hg+ 40Ca+ : Spécialité de l’équipe CIML 5 / 46
  19. 19. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Mise en œuvre expérimentale avec le 40Ca+ au lieu de 199Hg+ 40Ca+ : Spécialité de l’équipe CIML Disponibilité des sources lasers pour la création et le refroidissement 5 / 46
  20. 20. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Mise en œuvre expérimentale avec le 40Ca+ au lieu de 199Hg+ 40Ca+ : Spécialité de l’équipe CIML Disponibilité des sources lasers pour la création et le refroidissement Paramètres facilement transposables entre 40Ca+ et 199Hg+ 5 / 46
  21. 21. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Introduction Création Piégeage Octupole Four Quadrupole 5 / 46
  22. 22. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Objectifs de la thèse Piégeage d’un grand nuage ∼ 107 ions et gardé constant à 0,1% 6 / 46
  23. 23. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Objectifs de la thèse Piégeage d’un grand nuage ∼ 107 ions et gardé constant à 0,1% Transport dans les trois zones très rapide /temps adiabatiques ∼ quelque seconde sans perte ⇒ N constant sans chauffage ⇒ SNR constant 6 / 46
  24. 24. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Objectifs de la thèse Piégeage d’un grand nuage ∼ 107 ions et gardé constant à 0,1% Transport dans les trois zones très rapide /temps adiabatiques ∼ quelque seconde sans perte ⇒ N constant sans chauffage ⇒ SNR constant Étude du rôle de la répulsion coulombienne des grands nuages dans le potentiel avec des géométries différentes. 6 / 46
  25. 25. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Plan de l’exposé 1 Confinement des ions en piège linéaire 2 Interaction atome-laser des ions froids 3 Transport et accumulation d’ions dans le piège 4 Ions froids en piège octupolaire 5 Conclusion et perspectives 7 / 46
  26. 26. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Schéma du piège, détection du signal et Lasers Création Piégeage Octupole Four PI PII PIII Electrodes DC Quadrupole Chaque zone du piège est construite pour confiner 107 ions PI PII PIII 8 / 46
  27. 27. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Schéma du piège, détection du signal et Lasers Chaque zone du piège est construite pour confiner 107 ions PI PII PIII 8 / 46
  28. 28. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Schéma du piège, détection du signal et Lasers Chaque zone du piège est construite pour confiner 107 ions PI PII PIII 8 / 46
  29. 29. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Schéma du piège, détection du signal et Lasers Chaque zone du piège est construite pour confiner 107 ions PI PII PIII 8 / 46
  30. 30. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Schéma du piège, détection du signal et Lasers Chaque zone du piège est construite pour confiner 107 ions PI PII PIII 8 / 46
  31. 31. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Principe de la photo-ionisation Niveaux d’énergie du 40 Ca λ < 389nm 423nm continuum λ < 203nm continuum 4s2 4s4p 4s2 (a) (b) 4s + ε 4s + ε 9 / 46
  32. 32. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Principe de la photo-ionisation niveaux d’énergie du 40Ca+ λ < 389nm 423nm continuum λ < 203nm continuum 4s2 4s4p 4s2 (a) (b) 4s + ε 4s + ε sources lasers de photo-ionisation faisceau à 423nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 846nm 9 / 46
  33. 33. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Principe de la photo-ionisation niveaux d’énergie du 40Ca+ λ < 389nm 423nm continuum λ < 203nm continuum 4s2 4s4p 4s2 (a) (b) 4s + ε 4s + ε sources lasers de photo-ionisation faisceau à 423nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 846nm deuxième transition ⇒ diode laser à 375nm < 389nm 9 / 46
  34. 34. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Principe de la photo-ionisation niveaux d’énergie du 40Ca+ λ < 389nm 423nm continuum λ < 203nm continuum 4s2 4s4p 4s2 (a) (b) 4s + ε 4s + ε sources lasers de photo-ionisation faisceau à 423nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 846nm deuxième transition ⇒ diode laser à 375nm < 389nm Protocole expérimental Création Piégeage Octupole Four PI PII PIII Electrodes DC Quadrupole Four Lasers jet d’atomes 2θm 9 / 46
  35. 35. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Principe de la photo-ionisation niveaux d’énergie du 40Ca+ λ < 389nm 423nm continuum λ < 203nm continuum 4s2 4s4p 4s2 (a) (b) 4s + ε 4s + ε sources lasers de photo-ionisation faisceau à 423nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 846nm deuxième transition ⇒ diode laser à 375nm < 389nm Protocole expérimental Création Piégeage Octupole Four PI PII PIII Electrodes DC Quadrupole Four Lasers jet d’atomes 2θm ceux qui ne sont pas piégés se déposent sur les barreaux ⇒ potentiel de contact Nécessité de contrôler la création 9 / 46
  36. 36. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Protocole de création des ions dans PI Spectre du 40Ca : par balayage en fréquence du laser à 423nm −800 −600 −400 −200 0 200 400 600 800 1000 10 3 10 4 ´Ecart en fr´equence du pic 40 Ca [MHz] Signal[coups/ms] 42 Ca 44 Ca 40 Ca 10 / 46
  37. 37. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Protocole de création des ions dans PI Spectre du 40Ca : par balayage en fréquence du laser à 423nm −800 −600 −400 −200 0 200 400 600 800 1000 10 3 10 4 ´Ecart en fr´equence du pic 40 Ca [MHz] Signal[coups/ms] 42 Ca 44 Ca 40 Ca Protocole de création Laser 423nm en résonance "ON" "OFF" du laser à 375nm piloté par Labview durée d’allumage du laser 375nm = durée de création 10 / 46
  38. 38. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Résultats de la création dans PI Paramètres ∆423 0 MHz TFour = 310oC P423 = 80µW P375 = 3, 5mW N=1700 ions/s Influence de la durée de création 0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 6 x 10 4 Dur´ee de cr´eation [s] Nombred´ionscr´e´es (technique de comptage du nombre d’ions présenté plus loin) 11 / 46
  39. 39. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Résultats de la création dans PI Paramètres ∆423 0 MHz TFour = 310oC P423 = 80µW P375 = 3, 5mW N=1700 ions/s Influence de la durée de création 0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 6 x 10 4 Dur´ee de cr´eation [s] Nombred´ionscr´e´es (technique de comptage du nombre d’ions présenté plus loin) Influence des puissances des lasers de création durée de création tC = 10s tC = 15s P375 (mW) 3,5 6 2 3,5 N 13300±600 23300 ±1200 10200±500 22000±1100 Reproductibilité des mesures : ±5% 11 / 46
  40. 40. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Piégeage dans le plan radial (x, y) Piège quadrupolaire Piège octupolaire V0(t) = VRF cos (ΩRF t) 2 12 / 46
  41. 41. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Piégeage dans le plan radial (x, y) Piège quadrupolaire Piège octupolaire V0(t) = VRF cos (ΩRF t) 2 φr (x, y, t) = V0(t) x2 − y2 r2 0 φr (x, y, t) = V0(t) x4 + y4 − 6x2y2 r4 0 12 / 46
  42. 42. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Piégeage le long de l’axe Développement au 2ème ordre : ∆ΦDC = 0 ΦDC (x, y, z) = κVDC z2 0 z2 − x2 + y2 2 13 / 46
  43. 43. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Piégeage le long de l’axe Développement au 2ème ordre : ∆ΦDC = 0 ΦDC (x, y, z) = κVDC z2 0 z2 − x2 + y2 2 Approximation adiabatique dans un piège radio-fréquence Approximation du pseudo-potentiel Ψ(r) = q2E2 0 (r) 4mΩ2 RF 13 / 46
  44. 44. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Piégeage le long de l’axe Développement au 2ème ordre : ∆ΦDC = 0 ΦDC (x, y, z) = κVDC z2 0 z2 − x2 + y2 2 Approximation adiabatique dans un piège radio-fréquence Approximation du pseudo-potentiel Ψ(r) = q2E2 0 (r) 4mΩ2 RF Stabilité des trajectoires : ηad (r) = 2q | E0(r) | mΩ2 RF ηad (r) < ηmax = 0, 3 D. Gerlich Adv. Chem. Phys 1992 13 / 46
  45. 45. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Approximation adiabatique dans un piège multipolaire mouvement global : Macro + micro-mouvement r(t) = R0(t) − qE0(R0) mΩ2 RF cos ΩRF t 14 / 46
  46. 46. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Approximation adiabatique dans un piège multipolaire mouvement global : Macro + micro-mouvement r(t) = R0(t) − qE0(R0) mΩ2 RF cos ΩRF t Cas particulier du piège quadrupolaire (2k = 4) 0 1 2 3 4 −60 −40 −20 0 20 40 60 Temps [µs] position[µm] y x ωr (VRF ) ≈ 250kHz ; ΩRF = 5MHz 14 / 46
  47. 47. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Approximation adiabatique dans un piège multipolaire mouvement global : Macro + micro-mouvement r(t) = R0(t) − qE0(R0) mΩ2 RF cos ΩRF t Cas particulier du piège quadrupolaire (2k = 4) 0 1 2 3 4 −60 −40 −20 0 20 40 60 Temps [µs] position[µm] y x ωr (VRF ) ≈ 250kHz ; ΩRF = 5MHz N ions piégés :micro-mouvement=⇒ Chauffage RF Chauffage RF amplitude RF Chauffage RF distance des ions au centre 14 / 46
  48. 48. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Dynamique des ions en piège multipolaire d’ordre 2k radial axial Ψ2k (r, z) = k2 16 q2V 2 RF mΩ2 RF r2 0 r r0 2(k−1) + κVDC 2z2 0 (2z2 − r2 ) Potentiel Radial : Ψ2k(r) = αr2(k−1) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 r/r0 Ψ2k(r)/Ψ2k(r0) 2k = 4 2k = 8 2k = 12 2k = 16 2k = 20 15 / 46
  49. 49. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Dynamique des ions en piège multipolaire d’ordre 2k radial axial Ψ2k (r, z) = k2 16 q2V 2 RF mΩ2 RF r2 0 r r0 2(k−1) + κVDC 2z2 0 (2z2 − r2 ) Potentiel Radial : Ψ2k(r) = αr2(k−1) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 r/r0 Ψ2k(r)/Ψ2k(r0) 2k = 4 2k = 8 2k = 12 2k = 16 2k = 20 Chauffage RF avec k : E0 ∝ rk−1 15 / 46
  50. 50. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Comportement d’un nuage à l’équilibre thermodynamique Distribution de Boltzmann-Poisson n(r, z) = n0 exp − ξ(r, z) kBT ξ(r, z) = Ψ2k(r, z) + qφp(r, z) ∆φp(r, z) = − qn(r, z) 0 Résolution⇒ longueur de Debye : λD = kBT 0/q2n ∼ µm Description pertinente ⇒ λD << taille du système 16 / 46
  51. 51. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Comportement d’un nuage à l’équilibre thermodynamique Distribution de Boltzmann-Poisson n(r, z) = n0 exp − ξ(r, z) kBT ξ(r, z) = Ψ2k(r, z) + qφp(r, z) ∆φp(r, z) = − qn(r, z) 0 Résolution⇒ longueur de Debye : λD = kBT 0/q2n ∼ µm Description pertinente ⇒ λD << taille du système Piège quadrupolaire T → 0K 0 10 20 30 40 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 n(r)/n0 r/λD nc = 2m 0 q ω2 x : uniforme 16 / 46
  52. 52. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Configuration du piège Création des ions par photo-ionisation Piégeage d’ions en piège linéaire Thermodynamique des ions piégés Comportement d’un nuage à l’équilibre thermodynamique Distribution de Boltzmann-Poisson n(r, z) = n0 exp − ξ(r, z) kBT ξ(r, z) = Ψ2k(r, z) + qφp(r, z) ∆φp(r, z) = − qn(r, z) 0 Résolution⇒ longueur de Debye : λD = kBT 0/q2n ∼ µm Description pertinente ⇒ λD << taille du système Piège quadrupolaire T → 0K 0 10 20 30 40 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 n(r)/n0 r/λD nc = 2m 0 q ω2 x : uniforme Piège octupolaire T → 0K 0 1 2 3 4 4.5 0 5 10 15 n(r)/n0 r/λD nc(r, z) ∝ (r/r0)2(k−2) T → 0K =⇒structure en tube 16 / 46
  53. 53. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Schéma d’énergie pour le 40Ca+ 866nm 397nm S1/2 P1/2 D3/2 17 / 46
  54. 54. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Schéma d’énergie pour le 40Ca+ 866nm 397nm S1/2 P1/2 D3/2 Sources lasers commerciaux faisceau à 397nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 794nm 0 < PB < 4mW repompage ⇒ diode laser à 866nm 0 < PR ≤ 30mW 17 / 46
  55. 55. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Schéma d’énergie pour le 40Ca+ 866nm 397nm S1/2 P1/2 D3/2 Sources lasers commerciaux faisceau à 397nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 794nm 0 < PB < 4mW repompage ⇒ diode laser à 866nm 0 < PR ≤ 30mW Particularité : résonance noire ∆B = ∆R ⇒ Piégeage cohérent de population dans les états stable et (ou) métastable. −60 −40 −20 0 20 40 60 80 0 0.05 0.1 ∆B [MHz] PopulationP1/2 ∆R = -20MHz ∆R = 20MHz 17 / 46
  56. 56. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Schéma d’énergie pour le 40Ca+ 866nm 397nm S1/2 P1/2 D3/2 Sources lasers commerciaux faisceau à 397nm ⇒ doublage en fréquence d’une diode laser 794nm 0 < PB < 4mW repompage ⇒ diode laser à 866nm 0 < PR ≤ 30mW Particularité : résonance noire ∆B = ∆R ⇒ Piégeage cohérent de population dans les états stable et (ou) métastable. Intéressant pour le transfert de population par STIRAP M. R. Kamsap et al J. phys. B, 2013 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 0 0.05 0.1 ∆B [MHz] PopulationP1/2 ∆R = -20MHz ∆R = 20MHz 17 / 46
  57. 57. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Schéma d’énergie pour le 40Ca+ 866nm 397nm S1/2 P1/2 D3/2 94% 6% Spectre numérique −60 −40 −20 0 20 40 60 80 0 0.05 0.1 ∆B [MHz] PopulationP1/2 ∆R = -20MHz ∆R = 20MHz Spectre expérimental : Résonance noire −200 −150 −100 −50 0 50 100 150 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 ∆R [MHz] Signal[coups/ms] PB = 675µW PR = 3mW N ≈ 4000 ions 18 / 46
  58. 58. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Spectre de fluorescence par balayage du laser bleu Signal de fluorescence d’ions −280 −240 −200 −160 −120 −80 −40 0 40 80 120 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 ∆B [MHz] Signal[coups/ms] Sens balayage A B D C Images du nuage pendant le spectre A B C D 19 / 46
  59. 59. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Refroidissement laser des ions alcalino-terreux Spectre de fluorescence par balayage du laser bleu Signal de fluorescence d’ions −280 −240 −200 −160 −120 −80 −40 0 40 80 120 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 ∆B [MHz] Signal[coups/ms] Sens balayage A B D C Images du nuage pendant le spectre A B C D Transition abrupte : compétition entre chauffage RF et refroidissement laser R. Blümel et al Nature, 1988 19 / 46
  60. 60. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Analyse de la morphologie du nuage d’ions sur la caméra Nuage en phase liquide en piège quadrupolaire Nuage elliptique avec R et L les demi-axes du nuage L. Turner Phys. Fluids, 1987 Densité uniforme nc = 2m 0ω2 x /q2 A. Prasad and T. M. O’Neil J. Phys. B, 1979 T ∼ 100mK et nc ∼ 1, 5.105atomes/mm3 20 / 46
  61. 61. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Analyse de la morphologie du nuage d’ions sur la caméra Nuage en phase liquide en piège quadrupolaire Nuage elliptique avec R et L les demi-axes du nuage L. Turner Phys. Fluids, 1987 Densité uniforme nc = 2m 0ω2 x /q2 A. Prasad and T. M. O’Neil J. Phys. B, 1979 T ∼ 100mK et nc ∼ 1, 5.105atomes/mm3 Nombre d’ions=densité×Volume (R,L) →Technique d’analyse automatique pour déterminer le volume 20 / 46
  62. 62. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Description de la technique d’analyse 1 Contour du signal 200 300 400 500 600 700 2000 4000 6000 8000 Signal[u.arb.] Section du signal 200 300 400 500 600 700 -150 -100 -50 0 50 100 150 D´eriv´ee[u.arb] X [Pixels] Seuil du signal (a) (b) R1 R2 2 Fit du contour X [Pixels] Y[Pixels] 200 300 400 500 600 700 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (c) 21 / 46
  63. 63. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Validation par la loi du rapport d’aspect des nuages (PII) Rapport d’aspect du nuage en phase liquide α = R/L ω2 z ω2 r = ρ(α) L. Turner Phys. Fluids, 1987 Vérifiée expérimentalement par L. Hornekaer et al PRL 2001 ωx ∝ VRF ωz ∝ √ VDC ω2 r = ω2 x − ω2 z /2 22 / 46
  64. 64. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Validation par la loi du rapport d’aspect des nuages (PII) Rapport d’aspect du nuage en phase liquide α = R/L ω2 z ω2 r = ρ(α) L. Turner Phys. Fluids, 1987 Vérifiée expérimentalement par L. Hornekaer et al PRL 2001 ωx ∝ VRF ωz ∝ √ VDC ω2 r = ω2 x − ω2 z /2 nc ∝ ω2 x ∝ V 2 RF Nf = ncR2 f Lf Ncal = ncR3 f /α Comparaison de Ncal et Nf δN = (Ncal − Nf )/Ncal VRF =cte, δN = δVol car nc = cte VRF =cte, dispersion supplémentaire liée à la densité 22 / 46
  65. 65. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Analyse dans PII δN pour des VRF constantes 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 VDC [V] δN 22000 ions VRF = 820VPP 8000 ions VRF = 895VPP 3000 ions VRF = 820VPP 1800 ions VRF = 1013VPP 8000 ions VRF = 970VPP 23 / 46
  66. 66. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Analyse dans PII δN pour des VRF constantes 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 VDC [V] δN 22000 ions VRF = 820VPP 8000 ions VRF = 895VPP 3000 ions VRF = 820VPP 1800 ions VRF = 1013VPP 8000 ions VRF = 970VPP δN pour différentes VRF et VDC 0 20 40 60 80 100 −0.1 −0.05 0 0.05 0.1 Images δN 23 / 46
  67. 67. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Analyse dans PII δN pour des VRF constantes 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 VDC [V] δN 22000 ions VRF = 820VPP 8000 ions VRF = 895VPP 3000 ions VRF = 820VPP 1800 ions VRF = 1013VPP 8000 ions VRF = 970VPP δN pour différentes VRF et VDC 0 20 40 60 80 100 −0.1 −0.05 0 0.05 0.1 Images δN Résultats d’analyse En PI δVol = ±1, 5% à VRF =cte En PII δVol = ±1% à VRF =cte En PI et PII δN = ±5% VRF =cte 23 / 46
  68. 68. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Refroidissement des ions alcalino-terreux Transition de phase gaz-liquide Analyse du signal de fluorescence des ions Analyse dans PII δN pour des VRF constantes 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 VDC [V] δN 22000 ions VRF = 820VPP 8000 ions VRF = 895VPP 3000 ions VRF = 820VPP 1800 ions VRF = 1013VPP 8000 ions VRF = 970VPP δN pour différentes VRF et VDC 0 20 40 60 80 100 −0.1 −0.05 0 0.05 0.1 Images δN Résultats d’analyse En PI δVol = ±1, 5% à VRF =cte En PII δVol = ±1% à VRF =cte En PI et PII δN = ±5% VRF =cte Analyse des ellipses allongées X [Pixels] Y[Pixels] 200 400 600 800 1000 200 300 400 500 600 700 800 900 Analyse =⇒Quantification du transport 23 / 46
  69. 69. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI et PII Distribution de potentiel V1,2,3 = 1000V Condition d’équilibre dans le minimum ∂Φ ∂z zmin(t) = 0 ⇒ Variation V2 pendant le transport V2 (t) = − V1φ1(z) + V3φ3(z) φ2(z) zmin(t) V1 ≈ V3 constant pendant le transport et V2 = V2(t) 24 / 46
  70. 70. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI et PII fonction du transport tg : durée du transport zmin(t) = L 2     tanh 8t tg − 4 tanh (4) + 1     D. Hucul et al, QIC, 2008 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 −15 −10 −5 0 5 10 15 t/tg zmin[mm] zmin PI zmin PII PII PI J. Pedregosa, C. Champenois, M. R. Kamsap and M. Knoop, IJMS, 2015 25 / 46
  71. 71. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI et PII fonction du transport tg : durée du transport zmin(t) = L 2     tanh 8t tg − 4 tanh (4) + 1     D. Hucul et al, QIC, 2008 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 −15 −10 −5 0 5 10 15 t/tg zmin[mm] zmin PI zmin PII PII PI potentiel pendant le transport Φ (z, t) = i=3 i=1 Vi (t) φi (z) −20 −10 0 10 20 0 10 20 30 Φ(z)[V] -20 -10 0 10 20 0 10 20 30 −20 −10 0 10 20 0 10 20 30 z [mm] zmin Potentiel V1 PI PII V3V2(t) t = tg/2 t = 0 t = tg J. Pedregosa, C. Champenois, M. R. Kamsap and M. Knoop, IJMS, 2015 25 / 46
  72. 72. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI → PII → PI Évolution libre de la fluorescence sur le photomultiplicateur dans PI 0 0.5 1 1.5 2 0 2 4 6 8 10 12 x 10 4 Temps [s] Fluorescence[coup/20ms] PIPI PII 1 tf durée de transport ∼ 100µs 1 liquéfaction du nuage et mesure de N1 26 / 46
  73. 73. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI → PII → PI Évolution libre de la fluorescence sur le photomultiplicateur dans PI 0 0.5 1 1.5 2 0 2 4 6 8 10 12 x 10 4 Temps [s] Fluorescence[coup/20ms] PIPI PII 1 2 tf durée de transport ∼ 100µs 1 liquéfaction du nuage et mesure de N1 2 évaporation et transport PI→PII 26 / 46
  74. 74. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI → PII → PI Évolution libre de la fluorescence sur le photomultiplicateur dans PI 0 0.5 1 1.5 2 0 2 4 6 8 10 12 x 10 4 Temps [s] Fluorescence[coup/20ms] PIPI PII 1 4 2 3 tfta durée de transport ∼ 100µs 1 liquéfaction du nuage et mesure de N1 2 évaporation et transport PI→PII 3 thermalisation dans PII 4 vidage PI 26 / 46
  75. 75. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI → PII → PI Évolution libre de la fluorescence sur le photomultiplicateur dans PI 0 0.5 1 1.5 2 0 2 4 6 8 10 12 x 10 4 Temps [s] Fluorescence[coup/20ms] PIPI PII 1 6 5 4 2 3 tfta durée de transport ∼ 100µs 1 liquéfaction du nuage et mesure de N1 2 évaporation et transport PI→PII 3 thermalisation dans PII 4 vidage PI 5 transport retour PII → PI 6 thermalisation dans PI 26 / 46
  76. 76. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport entre PI → PII → PI Évolution libre de la fluorescence sur le photomultiplicateur dans PI 0 0.5 1 1.5 2 0 2 4 6 8 10 12 x 10 4 Temps [s] Fluorescence[coup/20ms] PIPI PII 1 6 7 5 4 2 3 tfta durée de transport ∼ 100µs 1 liquéfaction du nuage et mesure de N1 2 évaporation et transport PI→PII 3 thermalisation dans PII 4 vidage PI 5 transport retour PII → PI 6 thermalisation dans PI 7 liquéfaction du nuage et mesure de N2 Efficacité du transport P = N2 N1 ± (δ1)2 + (δ2)2 26 / 46
  77. 77. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Départ de PI en fonction de tg pour VRF = 1045VPP 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 20 40 60 80 100 Tauxded´epartdePI[%] D´epart PI et D´etection PI tg [µs] V1=1200V 27 / 46
  78. 78. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Pourquoi ne partent-ils pas ? simulation de dynamique moléculaire 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 10 5 0 −5 −10 t/t g z(mm) PII PI 190us 880us 1620us par J. Pedregosa en 2014 27 / 46
  79. 79. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Pourquoi ne partent-ils pas ? simulation de dynamique moléculaire 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 10 5 0 −5 −10 t/t g z(mm) PII PI 190us 880us 1620us par J. Pedregosa en 2014 Remarque transport asymétrique ⇒ Potentiel de contact (analysé plus tard) 0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 Tauxded´epart[%] D´epart PI et D´etection PI 0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 D´epart PII et D´etection PII tg [µs] 27 / 46
  80. 80. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Efficacité du transport pour tg = 100µs VRF = 1045VPP et VDC = 1200V transport aller retour 10 3 10 4 10 5 70 75 80 85 90 95 100 N Tauxdutransport[%] ∼ 100% pour N < 2000 ions ∼ 80% pour N > 5000 ions 28 / 46
  81. 81. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Efficacité du transport pour tg = 100µs VRF = 1045VPP et VDC = 1200V transport aller retour 10 3 10 4 10 5 70 75 80 85 90 95 100 N Tauxdutransport[%] ∼ 100% pour N < 2000 ions ∼ 80% pour N > 5000 ions transport aller simple PI-PII 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 70 75 80 85 90 95 100 N TauxdetranportPI-PII[%] PI-PII : 90% PII-PI : 90% M. R. Kamsap et al PRA 2015 Influence de tg sur le transport PI-PII Stratégie : transport aller-retour PI-PII (tg ) et PII-PI (100µs) 28 / 46
  82. 82. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Transport PI-PII en fonction de tg PI-PII (tg) et PII-PI (100µs) 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fractiondesions[%] tg [µs] Dans PII Dans PI 29 / 46
  83. 83. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Transport PI-PII en fonction de tg PI-PII (tg ) et PII-PI (100µs) 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fractiondesions[%] tg [µs] Dans PII Dans PI Taux de perte pendant PI-PII taux perte = 100% − (taux(PI-PII) + non départ PI) 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 100 PertePI-PII[%] tg [µs] comment expliquer ces pertes ? 29 / 46
  84. 84. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Chauffage du nuage pendant le transport Durée de thermalisation comme diagnostique au chauffage Signal PM après transport PI-PII 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Temps [s] Signal[coups/ms] tg1=1020µs tg2=850µs tf2 tf1 30 / 46
  85. 85. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Chauffage du nuage pendant le transport Durée de thermalisation comme diagnostique au chauffage Signal PM après transport PI-PII 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Temps [s] Signal[coups/ms] tg1=1020µs tg2=850µs tf2 tf1 Temps de refroidissement 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 2 4 6 t g [ms] Signal[kcoups/ms] 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 5 10 (a) (b) M. R. Kamsap et al PRA 2015 30 / 46
  86. 86. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Caractérisation et évolution du potentiel de contact Résultats asymétriques des transports dans les deux sens potentiel de contact ⇒ dépôts de calcium neutre sur les électrodes Mesure par observation directe sur caméra ICCD y − y0 ∝ 1 V 2 RF 31 / 46
  87. 87. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Caractérisation et évolution du potentiel de contact Résultats asymétriques des transports dans les deux sens potentiel de contact ⇒ dépôts de calcium neutre sur les électrodes Mesure par observation directe sur caméra ICCD y − y0 ∝ 1 V 2 RF en 2013 VC1 = 39, 7 ± 1, 0 mV en 2014 VC2 = 42, 5 ± 1, 0 mV 31 / 46
  88. 88. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Influence du potentiel statique sur le transport Transport PI-PII 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 50 60 70 80 90 100 110 N TauxPI-PII[%] Mesures de 2013 Mesures de 2015 PI-PII 90% (en 2013) → 100% (en 2015) pour N ≤ 105 ions utile pour l’octupole ? 32 / 46
  89. 89. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport PII-PIII Potentiel le long de l’axe z [m] V[eV] Simion ajustement −0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 5 10 15 20 25 30 z [m] V[V] Simion ajustement PI PII PIII potentiel DC de l’octupole très écranté par les barreaux du piège J. Pedregosa et al , IJMS, 2010 33 / 46
  90. 90. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Protocole de transport PII-PIII Potentiel le long de l’axe z [m] V[eV] Simion ajustement −0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 5 10 15 20 25 30 z [m] V[V] Simion ajustement PI PII PIII potentiel DC de l’octupole très écranté par les barreaux du piège J. Pedregosa et al , IJMS, 2010 potentiel pendant le transport 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Vi Potentiel calcul´e V4 V3 V5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 500 1000 1500 2000 2500 t/tg Potentiel g´en´er´e Vi 33 / 46
  91. 91. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions minima de potentiel 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 t/tg zmin[m] min PII min QO min PIII zm1(t) zm2(t) QO PIII PII pour accélérer les ions : potentiel statique ∆Vs sur les barreaux du piège quadrupolaire 34 / 46
  92. 92. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions minima de potentiel 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 t/tg zmin[m] min PII min QO min PIII zm1(t) zm2(t) QO PIII PII pour accélérer les ions : potentiel statique ∆Vs sur les barreaux du piège quadrupolaire Détection PIII f (∆Vs) pour N<50 000 ions 0 2000 4000 6000 0 20 40 60 80 100 ∆Vs [mV] TauxenPIII[%] transport ∼ 90% pour N ≤ 50000 M. R. Kamsap et al en préparation 34 / 46
  93. 93. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Influence du nombre d’ions ∆Vs = 1750mV 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 x 10 4 0 20 40 60 80 100 120 N initial en PII Tauxd’ionenPIII[%] 1 pour ∆Vs = 1750mV N < 30000 ions :∼ 100% N > 50000 ions :∼ 45% 35 / 46
  94. 94. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Création de grands nuages dans PI Rappel : création en phase gazeuse N détecté limité à 105 ions ⇒ difficulté de refroidir des grands nuages ⇒ puissance de refroidissement faible PB ≤ 2mW Limite du système : chauffage RF ? Chauffage RF avec N (distance au centre) Compromis entre VRF et nc car nc ∝ V 2 RF Conséquence : N limité Alternative : création en phase liquide 36 / 46
  95. 95. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions B. Dubost, Thèse doctorale 2012 ∼ 200 ions créés + liquéfaction création sur nuage liquide résultat pour deux Tfour 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 2 4 6 8 10 12 x 10 4 Dur´ee de cr´eation [s] N T1 = 310o C T2 = 295o C Évaporation à 1, 2.105 ions faible refroidissement PB=1,5mW Autre stratégie pour grand nuage =⇒ Accumulation dans PII et PIII 37 / 46
  96. 96. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Principe de la méthode d’accumulation des ions Transport asymétrique dans les deux sens 0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 Tauxded´epart[%] D´epart PI et D´etection PI 0 100 200 300 400 500 600 700 0 50 100 D´epart PII et D´etection PII tg [µs] Non coïncidence entre les départs de PI et de PII des durées de transport tg = 200, 300, 500 ... µs création PI et accumulation dans PII ou PIII 38 / 46
  97. 97. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Résultats des mesures d’accumulation dans PII avec refroidissement laser 0 5 10 15 20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 5 Nombre de cycles de transport Nombred´ionsenPII tC=50s tC=25s tC=15s sans refroidissement laser 0 1 2 3 4 5 200 400 600 800 1000 Nombre de cycles de transport Nombred´ionsenPII NP I = 900 NP I = 1300 39 / 46
  98. 98. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Transport entre PI et PII Transport entre PII et l’octupole Création de grand nuage et accumulation d’ions Résultats des mesures d’accumulation dans PII avec refroidissement laser 0 5 10 15 20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 5 Nombre de cycles de transport Nombred´ionsenPII tC=50s tC=25s tC=15s sans refroidissement laser 0 1 2 3 4 5 200 400 600 800 1000 Nombre de cycles de transport Nombred´ionsenPII NP I = 900 NP I = 1300 M. R. Kamsap et al, Brevet Europeen M. R. Kamsap et al, EPL, 2015 Intérêts mélange des espèces différentes grand nuage d’ions NPII=250000 ions et dans l’octupole 39 / 46
  99. 99. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Structure d’un nuage d’ions froid en multipole idéal Petit nuage : anneaux Grand nuage : tube (Simulation de M. Marciante 2012) 40 / 46
  100. 100. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Structure d’un nuage d’ions froid en multipole idéal Petit nuage : anneaux Grand nuage : tube (Simulation de M. Marciante 2012) Observation expérimentale dans l’octupole vue de dessus le long de l'axe z Vue de face dans le plan (x,y) 40% 50% 10% min2 min2 min1 min3 min3 min1 observation de 3 nuages d’ions dans deux plans de mise au point⇒ minima locaux → défaut dans la géométrie du potentiel (10 minima dans 22-pôles : R. Otto et al J. Phys. B. 2009) 40 / 46
  101. 101. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Analyse des défauts : pourquoi 3 minima dans l’octupole ? multipole parfait E0k(r) ∝ rk−1 une seule racine d’ordre (k − 1) multipole avec symétrie brisée E0k(r) = Pk−1(r) k − 1 racine ⇒ k − 1 minima 41 / 46
  102. 102. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Analyse des défauts : pourquoi 3 minima dans l’octupole ? multipole parfait E0k(r) ∝ rk−1 une seule racine d’ordre (k − 1) multipole avec symétrie brisée E0k(r) = Pk−1(r) k − 1 racine ⇒ k − 1 minima Simulation avec un déplacement de 2% sur le barreau (y = 0, xmax ) 2k = 22: 10min −3 −2 −1 0 1 2 3 x 10 −3 −3 −2 −1 0 1 2 3 x 10 −3 x [m] 2k = 12: 5min −3 −2 −1 0 1 2 3 x 10 −3 −3 −2 −1 0 1 2 3 x 10 −3 2k = 8: 3min y[m] −3 −2 −1 0 1 2 3 x 10 −3 −3 −2 −1 0 1 2 3 x 10 −3 41 / 46
  103. 103. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Hypothèse : minima locaux harmoniques Fréquences d’oscillation : excitation paramétrique ωz/2π = (3, 1 ± 0, 05) VDC 2000 (kHz) ωx /2π = (157 ± 1) VRF 2000 (kHz) 42 / 46
  104. 104. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Hypothèse : minima locaux harmoniques Fréquences d’oscillation : excitation paramétrique ωz/2π = (3, 1 ± 0, 05) VDC 2000 (kHz) ωx /2π = (157 ± 1) VRF 2000 (kHz) Rapport d’aspect du nuage α = R/L ω2 z ω2 r = ρ(α) 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0.01 0.015 0.02 VRF [VPP ] α Mesure g´eom´etrique Loi th´eorique Hypothèse harmonique vérifiée L ∼ 60mm detecteur ICCD ⇒ N = f (α, R) (M. R. Kamsap et al en préparation ) 42 / 46
  105. 105. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Petit nuage d’ions dans les minima : chaîne-zigzag Observation expérimentale ω2 z ω2 r = ρ ρ > ρc chaîne d’ions ρ > ρc zigzag d’ions 1 mm 43 / 46
  106. 106. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Observation dans ions dans le piège octupolaire Défauts dans les multipoles Dynamique dans les minima locaux Petit nuage d’ions dans les minima : chaîne-zigzag Observation expérimentale ω2 z ω2 r = ρ ρ > ρc chaîne d’ions ρ > ρc zigzag d’ions 1 mm Comparaison expérience / modèle fluide dans une chaîne distance entre proche voisin a(z) = f (z, N, L) (D. H. E. Dubin et al Phys. Rev. Lett 1993 ) −2000 −1500 −1000 −500 0 500 1000 1500 2000 0 20 40 60 80 100 z [pixels] a[pixels] aexp(z) a(z) th´eorique Validation de la loi théorique sur une grande chaîne 155 ions M. R. Kamsap et al en préparation 43 / 46
  107. 107. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions 44 / 46
  108. 108. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions Transport PI-PII très rapide ∼100µs (23mm)/ temps adiabatique (∼ secondes ) 90% pour N ≤ 100000 ions 44 / 46
  109. 109. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions Transport PI-PII très rapide ∼100µs (23mm)/ temps adiabatique (∼ secondes ) 90% pour N ≤ 100000 ions ajout du potentiel statique transport asymétrique ⇒ 100%, N ∼ 100000 ions 44 / 46
  110. 110. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions Transport PI-PII très rapide ∼100µs (23mm)/ temps adiabatique (∼ secondes ) 90% pour N ≤ 100000 ions ajout du potentiel statique transport asymétrique ⇒ 100%, N ∼ 100000 ions Transport PII-octupole 100% pour N ≤ 30000 ions 44 / 46
  111. 111. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions Transport PI-PII très rapide ∼100µs (23mm)/ temps adiabatique (∼ secondes ) 90% pour N ≤ 100000 ions ajout du potentiel statique transport asymétrique ⇒ 100%, N ∼ 100000 ions Transport PII-octupole 100% pour N ≤ 30000 ions Accumulation des ions en PII :N ∼ 250 000 ions en PIII :N ∼ 250 000 ions 44 / 46
  112. 112. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions Transport PI-PII très rapide ∼100µs (23mm)/ temps adiabatique (∼ secondes ) 90% pour N ≤ 100000 ions ajout du potentiel statique transport asymétrique ⇒ 100%, N ∼ 100000 ions Transport PII-octupole 100% pour N ≤ 30000 ions Accumulation des ions en PII :N ∼ 250 000 ions en PIII :N ∼ 250 000 ions Sans refroidissement laser 44 / 46
  113. 113. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Conclusion générale Création par photo-ionisation des ions en PI N ∼ 120 000 ions Transport PI-PII très rapide ∼100µs (23mm)/ temps adiabatique (∼ secondes ) 90% pour N ≤ 100000 ions ajout du potentiel statique transport asymétrique ⇒ 100%, N ∼ 100000 ions Transport PII-octupole 100% pour N ≤ 30000 ions Accumulation des ions en PII :N ∼ 250 000 ions en PIII :N ∼ 250 000 ions Sans refroidissement laser Ions froids en octupole trois minima locaux minima harmoniques 44 / 46
  114. 114. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Perspectives à ce travail Optimiser les paramètres pour la création de 107 ions Puissance du laser de refroidissement 45 / 46
  115. 115. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Perspectives à ce travail Optimiser les paramètres pour la création de 107 ions Puissance du laser de refroidissement Rendre possible le transport de l’octupole au quadrupole Ajout d’électrodes pour favoriser le déplacement des ions 45 / 46
  116. 116. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives Perspectives à ce travail Optimiser les paramètres pour la création de 107 ions Puissance du laser de refroidissement Rendre possible le transport de l’octupole au quadrupole Ajout d’électrodes pour favoriser le déplacement des ions Compensation des défauts en piège octupolaire Par des combinaisons des tensions statiques (travaux en cours au laboratoire) 45 / 46
  117. 117. Confinement des ions en piège linéaire Interaction atome-laser des ions froids Transport et accumulation d’ions dans le piège Ions froids en piège octupolaire Conclusion et perspectives 46 / 46

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