J. Phys. IV France 135 (2006) 255–256 C  EDP Sciences, Les Ulis DOI: 10.1051/ jp4:2006135079 Condensation de Bose-Einstein et basse dimensionnalité H. Perrin 1 , O. Morizot 1 , C. Garrido Alzar 1 , P.-E. Pottie 1 et V. Lorent 1 1 Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS-Université Paris 13, 99 Av. Jean-Baptiste Clément, 93430 Villetaneuse, France Résumé. Nous étudions le confinement d’atomes de rubidium 87 issus d’un condensat de Bose-Einstein à deux dimensions en géométrie quasi plane, et à une dimension en géométrie circulaire. Les atomes sont habillés par un champ radiofréquence et confiné dans un champ magnétique inhomogène. Le potentiel résultant est très anisotrope, permettant d’atteindre un régime dans lequel un condensat peut être considéré comme bi- ou unidimensionnel. Nous avons réalisé expérimentalement un tel piégeage quasi bidimensionnel [1], et étudié théoriquement le cas d’une géométrie circulaire [2]. Depuis quelques années, l’étude des gaz atomiques dégénérés soumis à un confinement extrême, en géométrie quasi uni- ou bidimensionnelle, suscite un vif intérêt. On s’attend en effet à observer des comportements très différents du cas tridimensionnel, comme par exemple la formation de quasi condensats avec une phase inhomogène et fluctuante (1D et 2D), la modification des interactions entre atomes à 2D (dont le signe peut même s’inverser) ou la « fermionisation» des bosons pour un gaz de Tonks (1D) [3]. L’enjeu de l’étude des dimensions réduites dépasse cet intérêt fondamental, puisqu’elle est également cruciale pour le développement de l’optique atomique intégrée - ce que l’on appelle désormais les « puces à atomes » [4]. Dans notre équipe, nous nous intéressons au confinement de l’atome de rubidium 87. Nous avons réalisé expérimentalement un piège proposé initialement par Oliver Zobay et Barry Garraway [5]. L’idée repose sur l’utilisation de potentiels de confinement magnétiques déformés adiabatiquement par la présence d’un champ radiofréquence (rf) intense. De tels potentiels adiabatiques sont utilisés lors du refroidissement par évaporation d’atomes neutres polarisés, car ils permettent de limiter la profondeur du puits à une valeur fixée par la radiofréquence. Si au contraire les atomes sont polarisés dans la direction opposée, le potentiel adiabatique est minimum aux endroits de l’espace où le champ radiofréquence est résonnant avec l’écart entre sous-niveaux magnétiques, c’est-à-dire là où la norme du champ magnétique a une valeur donnée (une surface iso-B). Dans un piège magnétique harmonique, ces surfaces sont des ellipsoïdes, et les atomes sont contraints de circuler à la surface de « bulles ». L’épaisseur de la bulle, qui est reliée au gradient de champ magnétique local et à l’intensité locale du couplage rf [6], peut être rendue très petite, ce qui fait l’intérêt de ce piège dans le contexte de la réduction de dimensionnalité. Par exemple, avec un gradient de champ de 225 G/cm et une fréquence de Rabi du champ rf de 20 kHz, suffisante pour garantir l’adiabaticité, la fréquence d’oscillation dans l’épaisseur de la bulle vaut 1,7 kHz pour des atomes de rubidium 87 polarisés dans le sous-niveau F = 2, m = 2 de l’état fondamental 5S 1/2. A partir de cette bulle, on peut réaliser plusieurs configurations intéressantes. Tout d’abord, en présence de gravité, les atomes s’accumulent au bas de la bulle, et l’on s’approche alors d’une géométrie bidimensionnelle - qui présente en outre une courbure. Nous avons réalisé cette configuration expérimentalement pour la première fois [1], à partir d’un piège magnétique de type Ioffe-Pritchard (figure 1). Nous obtenons un confinement très anisotrope, avec des fréquences d’oscillations typiques de 3 Hz × 43 Hz × 600 Hz. Dans un tel piège, un condensat contenant 100 000 atomes présenterait un caractère bidimensionnel. Nous avons chargé dans ce piège 100 000 atomes issus d’un condensat de Bose-Einstein préparé dans le piège magnétique statique. Cependant, un chauffage important selon la verticale dû à la Article published by EDP Sciences and available at http://www.edpsciences.org/jp4 or http://dx.doi.org/10.1051/jp4:2006135079