A Low Velocity-Tunable Pulsed Atomic Beam of Metastable Argon for the Study of Atomic Diffraction through Nanogratongs and the Interaction with Co-mobile Magnetic Potentials
Jet lent d’atomes d’argon métastable pour l’étude de la diffraction au travers de nanoréseaux et de l’interaction avec des champs magnétiques co-mobiles
Résumé
We present a new set-up producing a slow beam of metastable argon atoms pulsed at 10 Hz maximum, which velocity can be tuned from 10 to 150 m.s-¹. The atomic velocity was measured with an uncertainty of one thousandth by use of an original technique of laser double-chopping. Longitudinal and transverse velocity dispersions have been retrieved by a Monte Carlo method. Metastable argon atoms in the 3p⁵4s, ³P₂ state interact by means of their magnetic moment with periodic magnetic co-mobile potentials pulsed in time with a wide frequency spectrum. Time-of-flight measurements allowed us to observe slowing down or acceleration processes as predicted by both classical and semi-classical theories. We obtain velocity variations of the order of 10 % of the initial velocity value. The typical de Broglie wavelength of an atom in the beam is 1 nm, thus well suited to the study of attractive atom-surface interactions of Casimir-Polder type (potential in the form –C₃/z³, z being the distance to the surface). We have got silicon nitride transmission gratings of pitch a = 100 nm, opening window e = 50 nm and depth L = 130 nm. Diffraction profiles show an envelope with a large angular width which is significantly broadened at low velocity, much more than the one given by a simple geometrical model like in optics. It emphasizes the importance of the effect of long atom-surface interaction times. The set of data we collected should permit to get the C₃ van der Waals dispersion coefficient with a relative uncertainty smaller than 5 %.
Nous présentons un nouveau dispositif expérimental constitué d’un jet lent d’argon métastable pulsé jusqu’à 10 Hz et de vitesse réglable de 10 à 150 m.s-¹. La vitesse des atomes a été mesurée avec une incertitude au pour mille grâce à une technique originale de double hachage optique. Les dispersions des vitesses longitudinales et transverses ont été retrouvées par une simulation de Monte Carlo. Les atomes d’argon métastables dans l’état 3p⁵4s, ³P₂ interagissent par leur moment magnétique avec des impulsions de potentiels co-mobiles magnétiques périodiques dans l’espace, dont le spectre en fréquence est étendu. Des mesures en temps de vol nous ont permis d’observer le ralentissement ou l’accélération des atomes comme le prévoit la modélisation classique et semi-classique. Des variations de vitesse de l’ordre de 10 % de la valeur initiale sont obtenues. La longueur d’onde de de Broglie d’un atome du jet est de l’ordre du nanomètre et se trouve adaptée pour l’étude des interactions atome-surface attractives de Casimir-Polder (potentiel en –C₃/z³, z étant la distance à la surface). Nous disposons de réseaux en transmission en nitrure de silicium de pas a = 100 nm, d’ouverture e = 50 nm et de profondeur L = 130 nm. Les figures de diffraction montrent une enveloppe de grande largeur angulaire qui à basse vitesse, s’écarte considérablement de celle obtenue par la simple modélisation géométrique de l’optique. Elle témoigne de l’importance de l’effet de l’interaction atome-surface cumulé au cours du temps. L’ensemble de nos mesures devrait nous permettre de converger vers des valeurs du coefficient de dispersion de van der Waals C₃ avec une incertitude relative inférieure à 5 %.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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