Lucas GROULT : "Conception d’un piège de Paul microfabriqué pour le développement d’une horloge optique compacte, à ion piégé Yb+

Résumé : Depuis les années 1970 et avec la contribution de Hans Dehmelt, d’immenses progrès ont été réalisés dans le domaine de la mesure du temps et des fréquences. L’apparition, au milieu du XXe siècle des premières horloges atomiques, puis des peignes de fréquences optiques ont permis l’avènement des horloges optiques. Ce type de dispositif présente un intérêt majeur pour de nombreux domaines de la physique car il permet de fournir un signal à la fois stable et précis à des niveaux inatteignables par des moyens mécaniques ou piézoélectriques.

Parmi les différents domaines d’application possibles des horloges, nombreux sont ceux qui s’intéressent également à la compacité et à la transportabilité du dispositif. Les systèmes embarqués en premier lieu sont toujours plus exigeants en termes de contraintes de volume, de consommation énergétique et de performance. D’autres applications comme la géodésie nécessitent de pouvoir emmener l’horloge sur le terrain.

C’est dans ce contexte qu’a débuté le développement de l’horloge optique compacte à ion Yb+ à l’institut FEMTO-ST en 2014. L'objectif est de développer une horloge atomique d’un volume total inférieur à 500 L et capable d’atteindre des performances supérieures d’un facteur dix à celles des horloges atomiques compactes actuelles. Mes travaux ont débuté en 2016, par la mise en place du système expérimental complet, depuis les bancs optiques et les sources lasers utilisées pour créer, refroidir et manipuler les ions, jusqu’à la mise sous vide de l’enceinte expérimentale et la capture des premiers ions Yb+. Le piège actuellement utilisé est un prototype de piège surfacique en cuivre sur FR-4, conçu pour mettre rapidement le système expérimental en fonctionnement et réaliser les premiers piégeages d’ion. A ce titre il présente plusieurs défauts et mon travail par la suite s’est donc orienté vers la conception et la réalisation d’un nouveau piège, utilisant les ressources de salle blanche (centrale de technologie MIMENTO) pour réaliser un nouveau piège micro-fabriqués utilisant des techniques de MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).

Composition du jury : 

Luca Guidoni, Université Paris-Diderot, Paris 7, Rapporteur

Martina Knoop, Université Aix-Marseille, Rapporteur

Vincent Giordano, Université Bourgogne Franche-comté, Examinateur

Clément Lacroûte, Université Bourgogne Franche-comté, Examinateur

Yann Kersalé, Université Bourgogne Franche-comté, Directeur de thèse

Romain Long, Sorbonne Université (ENS), Examinateur

Thomas lévèque, CNES, Examinateur

Localisation : Amphithéâtre Jules Haag - ENSMM - 26, Rue de l'Epitaphe - Besançon