INTERACTION ATOME-SURFACE : INTERACTION DE VAN DER WAALS ENTRE UN ATOME EXCITÉ ET UNE SURFACE DIÉLECTRIQUE THERMIQUEMENT ÉMISSIVE: OSCILLATIONS DE BLOCH POUR UN ATOME ADSORBÉ

Abstract

In this thesis we have studied different aspects of the interaction between an atom and a dielectric surface. We have experimentally searched situations where the long range van der Waals interaction changes with the vacuum temperature as governed by its surrounding environnement. Such a situation occurs when the thermal surface emission resonantly couples in the near field to an atomic absorption. Our research deals with the interaction between a Cs(8P) atom and a CaF2 surface, and was performed through selective reflection spectroscopy. Until now, experimental values for C3 coefficient of the van der Waals interaction are in contradiction with the theoretical predictions. We have nevertheless refined our theoretical predictions by introducing in the calculations the temperature evolution of the dielectric constant, as obtained from new temperature dependent measurements of the surface reflectivity for CaF2, BaF2 and sapphire. We have also observed, in an auxiliary saturated absorption experiment, new lines around the 6S1/2→8P transitions, that we have attributed to dimers specifically formed by our lasers beams. Such lines appear for unusually low vapour densities. At a shorter distance range of atom-surface interaction, where the interaction potential combines van der Waals attraction and repulsion in the immediate vicinity of the surface, we have analysed the possibility of observing Bloch oscillations, on the basis of calculations for a He atom adsorbed on a LiF surface and submitted to an external force.Dans cette thèse nous avons étudié différents aspects de l'interaction entre un atome et une surface diélectrique. Nous avons notamment recherché expérimentalement des situations où l'interaction de van der Waals à longue portée varie avec la population thermique de photons du vide, telle qu'imposée par un équilibre avec l'environnement. Une variation avec la température est prévue lorsqu'il y a un couplage virtuel résonnant en champ proche entre l'émission thermique de la surface (dans l'IR) et une absorption atomique. Notre recherche a porté sur l'interaction entre Cs(8P) et une surface de CaF2 en utilisant la spectroscopie de réflexion sélective. Jusqu'à présent, les valeurs expérimentales du coefficient C3 de l'interaction de van der Waals sont en contradiction avec les prédictions théoriques. Nous avons pourtant raffiné les prédictions théoriques en introduisant dans les calculs la dépendance en température de la constante diélectrique, à partir de nouvelles mesures de la réflectance sur des surfaces de saphir, CaF2 et BaF2 effectués à différentes températures. Nous avons, en outre, observé, sur une expérience auxiliaire d'absorption saturée, des raies inédites autour de la transition 6S1/2→8P, que nous avons attribuées à des dimères spécifiquement formés par nos faisceaux lasers. Ces raies apparaissent pour des densités de vapeur inhabituellement faibles. A un régime de plus faible distance de l'interaction atome-surface, où le potentiel combine attraction van der Waals et répulsion au voisinage immédiat de la surface, nous avons analysé la possibilité d'observer des oscillations de Bloch, en considérant le cas d'un atome d'Helium adsorbé sur une surface de LiF et soumis à une force externe