Laser Cooling of Molecular Anions

We propose a scheme for laser cooling of negatively charged molecules. We briefly summarise the requirements for such laser cooling and we identify a number of potential candidates. A detailed computation study with C$\_2^-$, the most studied molecular anion, is carried out. Simulations of 3D laser cooling in a gas phase show that this molecule could be cooled down to below 1 mK in only a few tens of milliseconds, using standard lasers. Sisyphus cooling, where no photo-detachment process is present, as well as Doppler laser cooling of trapped C$\_2^-$, are also simulated. This cooling scheme has an impact on the study of cold molecules, molecular anions, charged particle sources and antimatter physics

Perspectives nouvelles pour l'optique atomique en jets : Interaction de van der Waals-Zeeman et milieux d'indice négatif pour les ondes de matière

In the first part of this thesis, we develop both theoretical and experimental studies of a type of short range atom-surface interaction (less than 10nm) called van der Waals-Zeeman transitions. To perform this study, we first use a supersonic beam of various metastable gaz rare atoms (Ne*, Ar*, Kr*), then we use a metastable argon beam Ar*(3P2) decelerated using a standard Zeeman slower. In the first case, we observe an increase of the range of the van der Waals-Zeeman interaction with respect to the raise of the anisotropy constant n. In the second case, the increase of the range is observed as a function of the velocity decrease of a metastable argon atom from 560 to 170m/s. The combination of these two methods allows us to measure the range of the interaction (the yield of which is of a few 10^(-4)) with a spatial resolution between 2 and 3 nm. In the second part of this work, we introduce the new field of negative index media for atom optics. These media consist of potentials called comoving potentials acting in vacuum. The two major demonstrated effects produced by this type of media are: the negative refraction effect for atomic waves and the spatial narrowing of the atomic wave-packet. Finally, the application of the negative index media to evanescent waves (produced by a static magnetic potential barrier) allows a localization of these waves within a few micrometers thick zone on both sides of the potential barrier.Dans la première partie de cette thèse, nous développons l'étude expérimentale et théorique d'un type d'interactions à très courte portée (moins de 10nm), dites de van der Waals-Zeeman, entre un atome de gaz rare et une surface métallique. Il s'agit d'utiliser d'une part un jet supersonique d'atomes métastables pour diverse espèces (Ne*, Ar*, Kr*) et, d'autre part, un jet d'argon métastable Ar*(3P2) décéléré par un ralentisseur Zeeman standard. Dans le premier cas, on observe un accroissement de la portée de l'interaction de van der Waals-Zeeman en fonction de l'augmentation de la constante d'anisotropie n. Dans le second cas, l'augmentation de la portée est observée lors d'une diminution de la vitesse d'un atome d'argon métastable de 560 à 170m/s. La combinaison de ces méthodes nous a permis de mesurer la portée de l'interaction (dont l'efficacité est de quelques 10^(-4)) avec une résolution spatiale de 2 à 3nm. Dans la seconde partie de ce travail, nous introduisons la thématique nouvelle des milieux d'indice négatif pour l'optique atomique. Ces milieux consistent en des potentiels dits comobiles agissant dans le vide. Deux effets majeurs de ces milieux d'indice négatif sont démontrés : la réfraction négative pour des ondes de matière et le rétrécissement du paquet d'onde atomique. Enfin, nous montrons que l'application de milieux d'indice négatif aux ondes évanescentes de matière (créées à l'aide d'une barrière de potentiel magnétique statique) permet de les localiser sur une épaisseur de quelques micromètres de part et d'autre du bord de la barrière de potentiel

Perspectives nouvelles pour l optique atomique en jets (Interaction de van der Waals-Zeeman et milieux d indice négatif pour les ondes de matière)

Dans la première partie de cette thèse, nous développons l étude expérimentale et théorique d un type d interactions à très courte portée (moins de 10nm), dites de van der Waals-Zeeman, entre un atome de gaz rare et une surface métallique. Il s agit d utiliser d une part un jet supersonique d atomes métastables pour diverse espèces (Ne*, Ar*, Kr*) et, d autre part, un jet d argon métastable Ar*(3P2) décéléré par un ralentisseur Zeeman standard. Dans le premier cas, on observe un accroissement de la portée de l interaction de van der Waals-Zeeman en fonction de l augmentation de la constante d anisotropie . Dans le second cas, l augmentation de la portée est observée lors d une diminution de la vitesse d un atome d argon métastable de 560 à 170m/s. La combinaison de ces méthodes nous a permis de mesurer la portée de l interaction (dont l efficacité est de quelques 10-4) avec une résolution spatiale de 2 à 3nm. Dans la seconde partie de ce travail, nous introduisons la thématique nouvelle des milieux d indice négatif pour l optique atomique. Ces milieux consistent en des potentiels dits comobiles agissant dans le vide. Deux effets majeurs de ces milieux d indice négatif sont démontrés: la réfraction négative pour des ondes de matière et le rétrécissement du paquet d onde atomique. Enfin, nous montrons que l application de milieux d indice négatif aux ondes évanescentes de matière (créées à l aide d une barrière de potentiel magnétique statique) permet de les localiser sur une épaisseur de quelques micromètres de part et d autre du bord de la barrière de potentiel.In the first part of this thesis, we develop both theoretical and experimental studies of a type of short range atom-surface interaction (less than 10nm) called van der Waals-Zeeman transitions. To perform this study, we first use a supersonic beam of various metastable gaz rare atoms (Ne*, Ar*, Kr*), then we use a metastable argon beam Ar*(3P2) decelerated using a standard Zeeman slower. In the first case, we observe an increase of the range of the van der Waals-Zeeman interaction with respect to the raise of the anisotropy constant . In the second case, the increase of the range is observed as a function of the velocity decrease of a metastable argon atom from 560 to 170m/s. The combination of these two methods allows us to measure the range of the interaction (the yield of which is of a few 10-4) with a spatial resolution between 2 and 3 nm. In the second part of this work, we introduce the new field of negative index media for atom optics. These media consist of potentials called comoving potentials acting in vacuum. The two major demonstrated effects produced by this type of media are: the negative refraction effect for atomic waves and the spatial narrowing of the atomic wave-packet. Finally, the application of the negative index media to evanescent waves (produced by a static magnetic potential barrier) allows a localization of these waves within a few micrometers thick zone on both sides of the potential barrier.PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

Slowing dynamics of a supersonic beam, simulation and experiments

International audienceIn this paper we present numerical and experimental methods aimed to study the evolution in space and time of a slowed supersonic beam. These generic methods are applicable to a variety of beams and decelerating techniques. The present implemented experimental set up is based upon Zeeman slowing of a metastable atom beam. The detection uses a channel-electron multiplier and a delay-line detector allowing time-of-flight analysis and numerical image reconstruction. In particular a depopulation effect at the centre of the beam is evidenced. In view of quantifying the slowing process, Monte Carlo calculations based on rate-equations are detaile

Low energy collisions of spin-polarized metastable argon atoms with ground state argon atoms

International audienceThe collision between a spin-polarized metastable argon atom in Ar* (3p54s, 3P2, M=+2) state slightly decelerated by the Zeeman slower-laser technique and a co-propagating thermal ground state argon atom Ar (3p6,1S0), both merged from the same supersonic beam, but coming through adjacent slots of a rotating disk, is investigated at the center of mass energies ranging from 1 to 10 meV. The duration of the laser pulse synchronised with the disk allows the tuning of the relative velocity and thus the collision energy. At these sub-thermal energies, the ‘resonant metastability transfer' signal is too small to be evidenced. The explored energy range requires using indiscernibility amplitudes for identical isotopes to have a correct interpretation of the experimental results. Nevertheless, excitation transfers are expected to increase significantly at much lower energies as suggested by previous theoretical predictions of potentials 2g(3P2) and 2u(3P2). Limits at ultra-low collisional energies of the order of 1 mK (0.086 μeV) or less, where gigantic elastic cross sections are expected, will also be discussed. The experimental method is versatile and could be applied using different isotopes of Argon like 36Ar combined with 40Ar, as well as other rare gases among which Krypton should be of great interest thanks to the available numerous isotopes present in a natural gas mixtur