Utiliser des atomes froids pour produire des faisceaux lumineux d'ions
Le refroidissement et le piégeage par laser ont révolutionné la physique atomique en permettant, entre autres, de découvrir de nouveaux types de matière. Les progrès dans ce domaine ont été illustrés par les deux prix Nobel attribués en 1997 et 2001, respectivement pour le plasma ultrafroid et pour les condensats de Bose-Einstein. Le principal facteur à l'origine de ces progrès a été la possibilité de produire des atomes extrêmement froids et de contrôler leur comportement à température ambiante. Le refroidissement par laser permet de considérablement réduire la vitesse de déplacement des atomes. Le projet COLDBEAMS (Ultra-cold gas for the production of a bright electron and monochromatic ion source), financé par l'UE, a réuni des chercheurs issus de différents domaines de compétence: la fabrication de faisceaux d'ions focalisés, le refroidissement par laser et la manipulation d'atomes neutres. Leur objectif était de mettre au point de nouvelles sources d'électrons et d'ions basées sur des atomes refroidis par laser. Les chercheurs ont utilisé des atomes refroidis par laser pour produire des faisceaux d'ions focalisés à haute luminosité. Le refroidissement et le piégeage par laser peuvent également bénéficier à des domaines autres que la physique atomique. C'est par exemple le cas de la science à l'échelle nanométrique où les faisceaux d'ions focalisés sont utilisés pour préparer des échantillons destinés à la microscopie électronique et à l'étude de la surface des matériaux. Le résultat a été le développement d'un faisceau collimaté lumineux d'atomes de césium refroidis et piégés dans un piège magnéto-optique. Ce nouveau système a permis d'utiliser des atomes froids pour produire des faisceaux d'ions focalisés intégrés à la fois à des faisceaux d'ions et d'électrons, et pour des applications d'imagerie et de fraisage. COLDBEAMS a également démontré qu'il est possible de produire des faisceaux d'ions avec une quantité de charge prédéfinie et des propriétés dynamiques contrôlées. Les résultats préliminaires ont été publiés dans un article de Physical Review A, intitulé «High-flux monochromatic ion and electron beams based on laser-cooled atoms». Les résultats du projet contribueront aux progrès scientifiques et technologiques dans de nombreuses disciplines, telles que la physique, la chimie et la biologie.
Mots‑clés
Microscopie électronique, atomes ultrafroids, faisceaux d'ions focalisés, refroidissement d'atomes par laser
