Métrologie des fréquences micro-ondes

Horloges à atomes piégés sur puce

Depuis la découverte du refroidissement par laser et de la condensation de Bose-Einstein dans les gaz dilués, les expériences de physique atomique et de métrologie cherchent à améliorer encore le contrôle des états externes et internes de l'atome. Des champs magnétiques et électriques ralentissent le mouvement des atomes et les stockent dans des pièges microscopiques. Des signaux radio-fréquence, micro-onde et lumineux préparent et interrogent l'état électronique de l'atome.

L'expérience "TACC - Trapped Atom Clock on a Chip" a pour but de créer tous les champs de contrôle et d'interrogation sur une puce de quelques cm². Un signal micro-onde interroge la transition d'horloge pendant que les atomes sont piégés magnétiquement. Le piège compense la gravité et l'expansion des atomes due à la température résiduelle, permettant ainsi des durées d'observation d'une seconde ou plus. La "TACC" peut interroger des atomes thermiques ou un condensat de Bose-Einstein et cherche à établir une comparaison entre ces deux régimes fondamentalement différents. Les atomes ayant une température sub-microkelvin se trouvent à des distances allant de quelques microns à un millimaegrave;tre de la surface de la puce, qui elle-même reste à température ambiante. Des effets induits par cet important gradient de température ainsi que d'autres interactions de la surface avec les atomes pourront être sondés. De légères modifications de la technologie de l'horloge peuvent permettre de réaliser des interféromètres atomiques intégrés ou un microscope sensible aux faibles interactions.

Gauche: Photo d'une puce double couche collée sur la cellule à vide en verre. La puce de base assure l'étanchéité tout en restant accessible pour les connexions électriques et le refroidissement. Dimensions du cube de verre: 35 x35 x 42 mm³.
Droite: Schéma du fonctionnement de l'horloge. Les fils conduisant le courant créent les champs magnétiques qui piègent un nuage d'atomes ultra-froids au dessus de la surface. Le conducteur central véhicule le signal d'interrogation micro-onde.