Implantation d’atomes de cesium dans un cristal d’helium
Mathieu Melich (LKB)

Infos Complémentaires

salle 316 du Département TAO
24 rue Lhomond
75005 PARIS

jeudi 25 septembre à 14h30

Résumé :
Ce mémoire de thèse décrit l’implantation et l’étude spectroscopique d’atomes de césium dans un monocristal d’hélium hcp à une température de 1.1 K dont une des applications possible pourrait être une mesure du moment anapolaire du noyau de Cs. Nous avons mis en place un cryostat optique permettant de travailler pendant plusieurs mois avec un monocristal d’hélium orienté. L’implantation des atomes de césium a été réalisée par atomisation laser à partir de grains métalliques, d’abord avec un laser YAG doublé, puis avec un laser TiSa femtoseconde amplifié. Ce nouveau procédé a permis d’obtenir une densité atomique supérieure tout en déposant moins d’énergie dans le cristal. La détection optique des atomes a mis en évidence un allongement notable de la durée de piègeage de la population atomique à 1.1 K par rapport à 1.6 K. La forme de raie de la transition D (6S $_{1/2}\rightarrow$ 6P $_{3/2}$ ) en absorption est compatible avec une levée de dégénérescence entre les sous-niveaux $M_J=\pm3/2$ et $\pm1/2$ de 200 cm $^{-1}$ , en bon accord avec les prévisions théoriques donnant l’écart en énergie entre ces sous-niveaux dans une bulle atomique présentant une anisotropie statique de 6%. L’analyse de l’intensité relative des composantes de la raie D permet d’inférer que la composante haute énergie correspondrait aux sous-niveaux $\mid M_J \mid = 1/2$ et que la déformation de la bulle autour de l’état fondamental serait négative (en forme de coussin). Nous avons cherché à vérifier la dépendance de la forme de raie avec la polarisation de la lumière. La faiblesse des effets observés laisse supposer soit que la lumière incidente est dépolarisée, soit l’axe local de l’anisotropie du cristal autour des atomes est désorienté de manière isotrope.

Mots clés : hélium solide, césium, spectres optiques, polarisation, cryostat optique, pulvérisation laser.

Abstract :
This manuscript deals with the production and spectroscopic studies of cesium atoms embbeded in a hcp helium single crystal near 1.1 K in view of possibly using them for measuring Cs nucleus anapole moment. We have built up an optical cryostat able to keep single oriented crystals for several months. Crystal doping with cesium atoms was made by laser sputtering from metal grains, first with a second harmonic YAG laser and then with an amplified femtosecond TiSa laser. With this new process, cesium atom density is significantly higher while putting less energy inside the crystal. At 1.1 K, optical detection of these atoms reveals that they are trapped in atomic form for a longer time than at 1.6 K. The D (6S $_{1/2}\rightarrow$ 6P $_{3/2}$ ) absorption line shape suggests an energy level splitting between sub-levels $M_J=\pm3/2$ and $\pm1/2$ around 200 cm $^{-1}$ , in good agreement with theoretical predictions of the energy splitting for a static deformation (6%) of the atomic bubble. From the intensities of D components, we deduce that the high frequency one could be the $\mid M_J \mid = 1/2$ sub-level and as a consequence that the atomic bubble deformation in the ground state should be oblate (like a cushion). We searched for a dependency of the line shape with light polarization. The effects are weaker than expected. This could result either from incident light depolarization by the cryostat windows or from an isotropic distribution of the local anisotropic axis felt by the atoms.

Keywords : solid helium, cesium, optical spectra, polarization, optical cryostat, laser sputtering.

salle 316 du Département TAO
24 rue Lhomond
75005 PARIS

Implantation d’atomes de cesium dans un cristal d’helium Mathieu Melich (LKB)

Implantation d’atomes de cesium dans un cristal d’helium
Mathieu Melich (LKB)