Published July 9, 2008 | Version v1
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Bose-Einstein condensation on a superconducting atom-chip

Description

In atom chip experiments, cold alkali atoms can be trapped at distances as close as a few tens of micrometers from a conducting surface. The dissipation in the surface leads to a fluctuating magnetic field, which can induce Zeeman transitions towards untrapped states. The lifetime of the cloud then decreases as the cloud is brought closer to the surface. One promising solution to circumvent this problem would be to use a chip made of superconducting micro-wires instead of normal conductors. In this thesis, we have obtained the first Bose-Einstein condensate on a superconducting atom chip. Approximately 104 condensed atoms are trapped 50 μm away from the superconducting surface, at a temperature of 100 nK. These results show the feasibility of the achievement of the Bose-Einstein condensation at a distance of a few tens of microns from a superconducting slab. Moreover, we have calculated the near field magnetic noise due to the dynamics of the vortex lattice, and its impact on the trapped cloud. Although the dissipation due to the vortices cannot be neglected, the calculated lifetimes still lies far beyond the values measured in the normal metal case. These theoretical predictions pave the way to applications such as coupling of the cold atoms to mesoscopic superconducting devices, such as stripline cavities or SQUIDs. (author)

Abstract (French)

Dans les experiences de puces a atomes, des gaz froids d'atomes alcalins peuvent etre maintenus dans un piege magnetique a une distance de quelques microns d'une surface conductrice. La presence de la surface peut se reveler genante pour le piegeage. En effet, les fluctuations du champ magnetique induites par le bruit de courant dans la puce engendrent des pertes et diminuent le temps de vie de l'echantillon dans le piege quand le nuage se rapproche de la surface. Ce bruit magnetique de champ proche est du a la resistivite du conducteur metallique utilise pour le piegeage. L'une des solutions a ce probleme pourrait etre l'utilisation de supraconducteurs. Cette these presente la premiere experience de puce a atomes supraconductrice. Nous avons en particulier obtenu le premier condensat de Bose-Einstein au voisinage d'un fil de niobium. Le condensat est compose d'environ 104 atomes a une temperature de 100 nK, a 50 μm de la surface de la puce. Les resultats obtenus au cours de ce travail montrent donc la faisabilite de la condensation de Bose-Einstein a quelques dizaines de microns d'une surface supraconductrice. Nous avons egalement calcule l'effet sur les atomes pieges du bruit de champ proche cree par la dynamique du reseau de vortex dans le supraconducteur. La dissipation dans les zones normales n'est pas negligeable, mais le temps de vie calcule reste tres au-dessus des temps de vie mesures au voisinage de conducteurs normaux. Ces previsions theoriques conferent aux puces a atomes supraconductrices un reel potentiel en termes d'applications des micropieges magnetiques tres confinants. Ainsi, nous prevoyons par exemple de coupler le nuage atomique a des dispositifs supraconducteurs quantiques mesoscopiques, comme des cavites lineaires ou des SQUIDs. (auteur)

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Original title (French)
Condensation de Bose-Einstein sur une puce a atomes supraconductrice

Publishing Information

Imprint Pagination
181 p.
Report number
FRNC-TH--10724

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125 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses