Субдоплеровское лазерное охлаждение атомов тулия в магнито-оптической ловушке и магнитное удержание атомов тулия в низкоградиентной магнитной ловушке

Экспериментально исследован процесс субдоплеровского охлаждения атомов тулия в магнито-оптической ловушке (МОЛ), работающей на длине волны 410,6 нм. Без применения специального цикла субдоплеровского охлаждения достигнута температура 25(5) мкК при числе атомов 3×10⁶, что существенно ниже доплеровского предела для данного перехода (240 мкК). Высокая эффективность субдоплеровского охлаждения обуславливается близкими значениями g-факторов Ланде нижнего и верхнего уровней, задействованных в процессе лазерного охлаждения. Осуществлен захват ультрахолодных атомов тулия в магнитную ловушку (МЛ), об    разованную квадрупольным магнитным полем МОЛ (градиент поля 20 Гс/см). Загрузка атомов в МЛ осуществлена из облака, содержащего 4 × 10⁵ атомов, предварительно охлажденных в МОЛ до субдоплеровской температуры 80 мкК. В МЛ захвачено 4 × 10⁴ атомов при температуре 40 мкК. По характеру распада населенности в ловушке определено время жизни (0,5 с) и наложено ограничение на константу скорости неупругих бинарных столкновений спин-поляризованных атомов тулия в основном состоянии 𝑔𝑖𝑛 < 10−¹¹ см3с−¹.

1. Sukachev D., Sokolov A., Chebakov K. et al., Magneto-optical trap for thulium atoms // Phys. Rev. A. — 2010. — 82. — P.011405-011408 (R).

2. Kolachevsky N., Akimov A., Tolstikhina I. et al., Blue laser cooling transitions in Tm I // Appl. Phys. B. — 2007. — 89. — P. 589-594.

3. Овсянников В.Д., частные обсуждения.

4. Takamoto M., Hong F.-L., Higashi R. and Katori H., An optical lattice clock // Nature. — 2005. — 435. — P. 321-324.

5. Giovanazzi S., Gorlitz A., Pfau T. Tuning the Dipolar Interaction in Quantum Gases // Phys. Rev. Lett. — 2002. — 89. — P. 130401-130404.

6. Lewenstein M., Sanpera A., Ahufinger V., Ultracold atomic gases in optical lattices: mimicking condensed matter physics and beyond // Adv. in Phys. — 2007. — 56. — P. 243 379.

7. Lahaye T., Menotti C., Santos L. et al. The physics of dipolar bosonic quantum gases // ReP. Prog. Phys. — 2009. — 72. — P. 126401-126441

8. Griesmaier A., Werner J., et al. Bose-Einstein Condensation of Chromium // Phys. Rev. Lett. — 2005. — 94. — P. 160401-160404.

9. Lahaye T., Koch T., Frohlich B. et al. Strong dipolar effects in a quantum ferrofluid // Nature. — 2010. — 448. — P. 672-675

10. Pu H., Zhang W., Meystre P. Ferromagnetism in a Lattice of Bose-Einstein Condensates // Phys. Rev. Lett. — 2001. — 87. — P. 140405-140408.

11. Campbell G.K., Mun J., Boyd M. et al., Imaging the Mott Insulator Shells by Using Atomic Clock Shifts // Science. — 2006. — 313. — P. 649-652.

12. Youn S. H., Lu M., Ray U., Lev B. L. Dysprosium magneto-optical traps // Phys. Rev. A. — 2010. — 82. — P. 043425-043436.

13. Сукачев Д. Д., Соколов А. В., Чебаков К. А. и др . Субдоплеровское охлаждение атомов тулия в магнито-оптической ловушке // Письма в ЖЭТФ. — 2010. — 92. — С. 772-776.

14. Berglund A. J., Lee S. A., McClelland J. J. Sub-Doppler laser cooling and magnetic trapping of erbium // Phys. Rev. A. — 2007. — 76. — P. 053418-053422.

15. Dalibard J., Cohen-Tannoudij C. Laser cooling below the Doppler limit by polarization gradients: simple theoretical models // J. Opt. Soc. Am. B. — 1989. — 6. — P. 2023-2045.

16. Walhout M., Dalibard J., Rolston S., Phillips W. D. ??+ ? ???. Optical molasses in a longitudinal magnetic field // J. Opt. Soc. Am. B. — 1992. — 9. — P. 1997-2007.

17. Walhout M., Sterr U., and Rolston S. L., Magnetic inhibition of polarization-gradient laser cooling in 𝜎+ − 𝜎−optical molasses // Phys. Rev. A. — 1996. — 54. — P. 2275-2279.

18. Raab E. L., Prentiss M., Cable A. et al., Trapping of Neutral Sodium Atoms with Radiation Pressure // Phys. Rev. Lett. — 1987. — 59. — P. 2631-2634.

19. Летохов В. С., Миногин В. Г., Павлик Б. Д. // ЖЭТФ. — 1977. — 72. — C. 1328.

20. Sukachev D., Chebakov K., Sokolov A., Akimov A., Kolachevsky N., Sorokin V. Laser cooling of thulium atoms // Оптика и спектроскопия. — 2011. — 111. — С. 669–674.

21. Chebakov K., Sokolov A., Akimov A., et al. Zeeman slowing of thulium atoms // Opt. Lett. — 2009. — 34. — P. 2955-2957.

22. Сукачев Д.Д., Соколов А.В., Чебаков К.А., Акимов А.В., Колачевский Н.Н., Сорокин В.Н. Магнитная ловушка для атомов тулия // Квант. Электроника. — 2011. — 41. — C. 765–768.

23. Риле Ф. Стандарты частоты. Принципы и приложения. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.

24. Hensler S., Werner J., Griesmaier A. et al. Dipolar relaxation in an ultra-cold gas of magnetically trapped chromium atoms // Appl. Phys. B. — 2003. — 77. — P. 765-772.

25. Connolly C. B., Au Y. S., Doret S. C. et al. Large spin relaxation rates in trapped submerged-shell atoms // Phys. Rev. A. — 2010. — 81. — P. 010702-010705.

26. Newman B. K., Brahms N., Au Y. S. et. al. Magnetic relaxation in dysprosium-dysprosium collisions // Phys. Rev. A. — 2011. — 83. — P. 012713-012717.