Thermo- and dynamics of trapped ions-TADOTI
Un des enjeux du projet est la compréhension du rôle des interactions coulombiennes et du potentiel de confinement dans l’auto-organisation des ions. Le dispositif expérimental a été conçu pour garantir des dimensions qui assurent le piégeage stable de nuages froids assez gros pour que les effets de taille finie soient négligeables au centre. Il est consitué d'un quadrupole et d'un octupole, en ligne. Ce dispositif permet aussi de mettre au point des protocoles de transport des ions entre différentes zones de piégeage. Le transport d’un ion sans excitation de son mouvement est un des enjeux majeurs du développement des ordinateurs quantiques basés sur des ions piégés. Nous souhaitons étendre ces protocoles à un nuage dans un piège macroscopique pour, entre autre, améliorer les performances des horloges à ions micro-onde. La difficulté vient de l’interaction coulombienne qui couple tous les degrés de liberté au cours du déplacement, et de la grande distance entre les électrodes.
Brisure de symétrie dans des pièges multipolaires
L'utilisation de pièges radiofréquence multipolaires dans la conception d'horloges micro-ondes est motivée par une réduction structurelle de la composante du mouvement des ions entraînée par le champ radiofréquence (micro-mouvement). Les observations d'échantillons froids dans l'octupole de TADOTI ont montré une distribution spatiale non homogène des particules piégées avec un regroupement des ions dans des puits de potentiel locaux. Les simulations attribuent cette organisation à une brisure de symétrie dans le positionnement des électrodes, inévitable dasn tout montage expérimental. Nous avons démontré que la symétrie du potentiel dans l’octupole peut être rétablie en ajustant la tension RF appliquée à chaque électrode. Gràce à une description analytique des défauts de symétrie, un protocole de caractérisation et de compensation des perturbations est possible, basé sur la localisation des ions refroidis par laser dans le piège. Ces outils peuvent être utilisés pour contrôler entièrement la position radiale des trois nuages d'ions parallèles dans l’octupole et ainsi former des géometries variables à trois chaines.
Ces défauts de symétrie nous ont permis de piéger une très longue chaine d'ions constituée de 155 ions Calcium et de tester un modèle pour calculer le nombre total d'ions dasn la chaîne sans avoir à les compter.
Ces projets basés sur le dispositif TADOTI a pu débuter grâce au soutien de l'ANR (programme Jeune Chercheur/se) et de la région PACA. Il a également été soutenu par le CNES pour ses points communs avec les prototypes d'horloge à ions micro-onde.
GiantMol
Des ions confinés en piège radiofréquence forment un plasma à un composant, de taille finie. Le contrôle expérimental sur la densité du nuage d’ions ainsi que sur sa température grâce au refroidissement laser permettent de faire varier son paramètre plasma de quelques unités à plusieurs centaines dans le même dispositif expérimental. Dans le projet GiantMol, ces ions servent ici de plateforme pour étudier le pouvoir d'arrêt des plasmas ultra-froids fortement corrélés, à travers la perte d'énergie d'un projectile chargé avec un rapport de masse projectile/cible allant pouvant dépasser 200/1. L'objectif est de développer de nouveaux diagnostics non destructifs de la perte d'énergie des projectiles basés sur la fluorescence induite par laser émise par les ions cibles. L'échange d'énergie est également étudié numériquement grâce à un code de dynamique moléculaire. Ce projet original aura un impact sur la compréhension des processus fondamentaux dans les plasmas. Il permettra aussi de faire la démonstration expérimentale d'une application brevetée qui concerne l’analyse chimique et la spectrométrie de masse et vise à mettre au point un détecteur non destructif pour des molécules aussi lourdes que des protéines ou des virus, MegaDalton. Le principe de la détection repose sur l’observation dans le signal de fluorescence du nuage cible d’une perturbation, signature du passage de l’ion lourd-le projectile-à travers le nuage cible.
Ce projet a pu débuter grâce au soutien de la SATT-Sud-Est, et bénéficie d'un soutien en prématuration de CNRS-INNOVATION. Les études fondamentales associées seront menées dans la cadre du projet ESPRIT, financé par l'ANR et qui implique aussi les équipes ions piégés du LKB et du MPQ.
