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 présentés. 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. En dépit des valeurs théoriques faibles pour les taux de photoassociation pour ces molécules, nous avant observé des taux de formation de molécules élevés, allant jusqu’à des valeurs de l’ordre de 5 × 10^7s^(−1). Nous avons enregistré des spectres de photoassociation pour les états les plus faiblement liés de sept potentiels moléculaires et nous avons déduit, à partir des positions des résonances observées, la forme des potentiels à longues distances.

Sur le plan théorique, nous nous sommes intéressés au mouvement de particules quantiques dans un potentiel oscillant rapidement. Nous avons étudié une nouvelle méthode pour leur manipulation, qui consiste à induire un changement instantané de phase du potentiel (un saut de phase), qui permet de manipuler le mouvement moyen de la particule de manière contrôlée. La méthode proposée a trouvé une première application pour les condensats de Bose-Einstein piégé à l’aide d’un piège magnétique du type “TOP”.

Cette thèse a été réalisée au Laboratoire Kastler Brossel sous la direction de Christophe Salomon.

Summary :

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. Despite the small theoretically predicted photoassociation probabilities, we observed large molecule formation rates, of the order of 5 × 10^7s^(−1). We have performed photoassociation spectroscopy of the most weakly bound states of seven excited molecular potentials and inferred the shape of the molecular potentials at long range from the measured resonance positions.

Finally we have studied theoretically the motion of quantum particles in rapidly oscillating potentials and we present and investigate a novel method for their manipulation. This method consists in inducing an instantaneous change of phase of the driving potential (a phase hop), which is shown to allow for a controlled manipulation of the particle’s mean-motion. This method has found a first application for Bose-Einstein condensates trapped in a time-averaged orbiting potential.

The thesis was realized at the Laboratoire Kastler Brossel, under the supervision of Christophe Salomon.