Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 introducao.pdf: 91836 bytes, checksum: cb92c1e5e08cf2686a55fb3fdfcba785 (MD5) Previous issue date: 2011-07-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we present the building and characterization of a Magneto-Optical Trap (from now on named MOT) for Rubidium atoms. We perform experiments for studying the e¤ect of a broadband light over trapped atoms. In order to carry out this study we used a incandescent lamp which is broad in the wavelength spectrum. We observed in a MOT, with a number of 109 trapped atoms, that the broadband light increases the emitted .uorescence by the cloud of atoms. This could indicate an e¤ective enlargement in the trap e¢ciency. However, we cannot distinguish, based on our experiments, if this di¤erence is due to an increasing in the number of the trapped atoms or if it is just scattered light caused by the increasing in the intensity of the incident light over the cloud. Thus, we did an analysis in the answer of the laser beam versus the variation in the intensity of lasers used for trapping. In a second step, we perform this study but with a lower number of trapped atoms, 108 atoms, and we verify that the heating of the lamps implies in the increasing of the loss of atoms in the trap, diminishing the number of trapped atoms. Hence, this lead us to make a study on the collisions dynamics that are in the trap, in order to understand the in.uence of the temperature on the trap e¢ciency. We observe that a small uniform increasing in the chamber temperature would lead to a great loss in the trap , but the increasing in the temperature caused by the lamps is a local increasing and generates a degassing of the chamber, increasing the quantity of the background vapour. / Neste trabalho apresentamos a construção e caracterização de uma armadilha magneto-óptica, a qual utilizamos para aprisionamento de átomos de Rb. Após a construção da armadilha e sua caracterização, fizemos experimentos para estudar os efeitos da luz de banda larga sobre os átomos aprisionados. Para esse estudo, utilizamos lâmpadas incandescentes que possuem um espectro largo de comprimentos de onda. Verificamos que em uma armadilha com 109 átomos aprisionados, a luz de banda larga aumenta a fluorescência emitida pela nuvem de átomos, tendo fortes indícios que isto representa efetivamente um aumento na eficiência da armadilha. No entanto, com os experimentos que fizemos, não podemos distinguir se essa diferença é referente a um aumento de átomos aprisionados ou apenas espalhamento de luz causado pelo aumento da intensidade de luz incidida sobre a nuvem. Fizemos então uma comparação da resposta dos átomos, frente a variações na intensidade dos feixes de laser utilizados para o aprisionamento. Por motivos que serão discutidos neste trabalho, refizemos esse estudo com um número menor de átomos aprisionados, 108 átomos, e verificamos que o aquecimento das lâmpadas reflete no aumento das perdas na armadilha, diminuindo então o número de átomos aprisionados. Isto nos levou a fazer um estudo sobre a dinâmica das colisões presentes na armadilha, para entendermos a influência da temperatura na eficiência da armadilha. Verificamos que um pequeno aumento uniforme na temperatura da câmara levaria a grandes perdas na armadilha, mas o aumento da temperatura causado pelas lâmpadas é um aumento local, e gera um processo de desgaseificação da câmara, aumentando a quantidade de átomos, "diferentes de Rb", presentes no vapor de fundo.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 capa ate a Introducao.pdf: 95782 bytes, checksum: 9c1b33c935822f8b7b9fab4eec59cfc6 (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study about infuences that a quadripolar magnetic field periodically time dependent, can promote in a magneto-optical trap (MOT). The intention reflects the interest in finding an oscillating field configuration that enables the capture and provide benefits if compared to the typical process of trapping. In many papers that will be cited here, a MOT uses a magnetic field that promotes a linear steady magnetic field gradient from the center of the trap. Applying experimental results involving magnetic field oscillations, which will be quoted in detail throughout this text, came the initiative to mathematically model the problem and seek a form of oscillation that may result in a more efficient trapping. Numerical results in a one-dimensional model suggests that the number of atoms is strongly aflected by fuctuations, but we have not found, for the modulations suggests in this work, an oscillation model that could provide an increase of the trap atoms. It was noted that the oscillation frequency of the atom is subjected, aflect the amplitude of the oscillations in the number of trapped atoms. / Neste trabalho apresentamos um estudo sobre as influências que um campo quadripolar magnético, periodicamente dependente do tempo, pode promover em uma armadilha magnético-óptica (Magneto Optical Trap - MOT). O objetivo deste trabalho reflete o interesse em encontrar uma configuração de campo oscilante que possibilite o aprisionamento e forneça vantagens em relação ao processo típico de armadilhamento. Em muitos dos trabalhos que serão citados aqui, um MOT utiliza um campo magnético quadripolar estacionário que promove um gradiente de campo magnético linear à partir do centro da armadilha. Usando resultados experimentais envolvendo oscilações no campo magnético, que serão citados mais detalhadamente no decorrer deste texto, surgiu a iniciativa de modelar o problema matematicamente e buscar uma forma de oscilação que possa resultar em um aprisionamento mais eficiente. Resultados numéricos concebidos em um modelo unidimensional sugerem que o número de átomos é fortemente afetado pelas oscilações, mas não foi possível encontrar, para as modulações sugeridas neste trabalho, uma modulação que pudesse fornecer aumento expressivo no número de átomos armadilhados. Foi possível constatar que a freqüência da oscilação a que o átomo é submetido, afetará a amplitude das oscilações no número de átomos armadilhados.

Armadilhamento duplo de átomos neutros constitui um dos avanços mais recentes no estudo de colisões frias. Obtivemos experimentalmente as taxas de perda devido a interação de espécies alcalinas mistas (Cs/Rb). Utilizamos uma armadilha magneto-óptica mista operando com feixes de alta intensidade permitindo o resfriamento e confinamento das amostras com sucesso. Esse trabalho apresenta-se de forma relevante pois corresponde a primeira etapa para o estudo do processo de formação de moléculas frias heteronucleares. Uma comparação entre duas técnicas de monitoramento dos processos de carga de átomos foi realizada. Os resultados tanto qualitativamente como quantitativamente foram satisfatórios. Determinamos as taxas de perda, de interesse e analisamos essas taxas considerando a proporção entre as massas dos átomos envolvidos e enfocando o efeito causado pela diferença de massa entre eles concluindo assim o objetivo principal dessa dissertação. / Double trapping of neutral atoms is one of the most recent advances in the study of collisions cold. Experimentally obtained the rates of loss due to the interaction of species alkaline mixed (Cs / Rb). We use a magneto-optical trap mixed operating with beams of high intensity allowing the cooling and containment of the samples successfully. This work is so important because it represents the first step to study the process of formation of molecules heteronucleares cold. A comparison between two techniques of monitoring procedures for cargo of atoms was performed. The results both qualitatively and quantitatively were satisfactory. And the rates of loss of interest and analyze the rates considering the ratio between the masses of atoms involved and focusing on the effect caused by the difference of mass between them thus completing the main objective of this dissertation.

Neste trabalho apresentamos os primeiros resultados sobre medida do tempo de vida de estados de Rydberg utilizando átomos frios confinados em uma armadilha magneto-optica de 85Rb. Medidas de tempo de vida de estados altamente excitados são importantes para o teste de teorias modernas sobre interação átomo-vácuo; desta forma medidas precisas são necessárias. A utilização de átomos frios apresenta várias vantagens quando comparadas com técnicas convencionais. Entre elas podemos citar a possibilidade de observação do sistema atômico por longos períodos (>100 &#181;s), e o controle da densidade de forma eficiente para evitar a manifestação de efeitos indesejáveis (colisões, superradiância) que limitam a precisão da medida. Apresentamos a medida do tempo de vida do estado 27D e 38S e comparamos os resultados experimentais com previsões teóricas de diferentes modelos. Algumas discrepâncias são observadas, o que reforça a necessidade da obtenção de um conjunto maior de medidas incluindo outros níveis para indicar qual modelo teórico é mais próximo da realidade. / In this work we present our first results on lifetime measurement of Rydberg states using cold atoms held in a magneto-optical trap of 85Rb. Lifetime measurements of highly excited states are important for testing modern theories on atom-vaccum interaction, therefore precise measurements are required. The use of cold atoms presents some advantage when compared with conventional techniques. Among them we cam point out the possibility of atomic observation for long periods of time (<100 &#181;s), the atomic density control in order to avoid undesired effects (such collisions and superradiance) which can limit the measurement precision. We present the lifetime measurement of 27D and 38S states and compared the experimental results with theoretical prediction using different models. Some discrepancies are observed, which indicates the need of a large set of measurement for other states in order to indicate the best model.

Neste trabalho, abordamos dois assuntos independentes e interessantes que permeiam o cotidiano dos pesquisadores da área de resfriamento e confinamento de átomos neutros. O primeiro está relacionado aos processos de perda de átomos ocorrendo em armadilhas magneto-ópticas, a partir das quais o fenômeno é observado. Mostramos que a conjunção de dois modelos tradicionais da literatura é capaz de gerar um modelo semiclássico e semi-analítico básico e robusto, capaz de reproduzir as características fundamentais dos resultados experimentais já obtidos, incluindo os mais recentes. Isto demonstra que os aspectos essenciais dos mecanismos de perda em armadilhas são, agora, bem compreendidos. O segundo assunto abordado aqui está relacionado à observação de moléculas diatômicas formadas em armadilhas magneto-ópticas. Nesse sentido, uma série de experimentos básicos foi realizada, gerando resultados e discussões que constituem uma rica fonte de informação inspirando a continuação e conclusão do trabalho iniciado aqui, cujo objetivo final é a caracterização precisa e o desenvolvimento técnicas de resfriamento e aprisionamento de moléculas diatômicas heteronucleares. / We report the results concerning to two main subjects of laser cooling and trapping community. We begin by presenting the results of modeling two-body trap loss rates as a function of the trap laser intensity. We show that one can merge two simple theories to obtain a semiclassical and semi-analytical model which is able to provide the fundamental properties observed in the experimental results found in the literature. Hence, we concluded that the essential features of the two-body trap loss rates taking place in MOTs are now well understood. On the other hand, we run a set of experiments trying to produce and detect heteronuclear diatomic ultracold molecules. Although this has not been accomplished yet, we have acquired a wide and rich amount of data that will certainly be very helpful for continuing and concluding the work here started. In the near future the photoassociation spectroscopy of ultracold heteronuclear diatomic molecules will provide valuable information to help in its manipulation.

Um estudo das taxas de perda de átomos ocorrendo numa armadilha magneto-óptica mista foi realizado aqui. Observamos experimentalmente, pela primeira vez, a ocorrência de processos colisionais inelásticos envolvendo duas espécies atômicas distintas. Identificamos o escape radiativo como o processo dominante nas taxas de perda de átomos da armadilha de sódio, devidas às colisões desses com os átomos de rubídio aprisionados, para as dadas condições experimentais. Realizamos estudos semelhantes com uma mistura K-Rb, onde as taxas de perda de átomos da armadilha de potássio foram observadas. Procurou-se interpretar os resultados através um modelo semiclássico que teve de ser modificado por nós. Esses estudos foram importantes porque revelaram a grande influência do processo de escape radiativo nas taxas de perda. Também verificou-se que outros canais podem manifestar a sua influência e suspeitamos que isso se deva às diferenças estruturais das \"quasimoléculas\" formadas na colisão. A compreensão de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas mistas é importante para a obtenção e estudo de amostras distintas de condensados bosônicos coexistindo numa mesma região. / We report the results of the trap-Ioss collisional rates observed in a mixed species magneto-optical trapo These are the first systematic studies about the collisionalloss channels due to heteronuclear interactions between two cold atomic sampIes in aMOr. We have used two different combinations: Na-Rb and K -Rb. lt was observed that the rates are strongly affected by the radiative escape Ioss channel, especially in the Na-Rb system. We also observed that some other Ioss channels may ruIe the rates behavior depending on the combination or the experimento To understand the results a semiclassical approach was used: the Gallagher-Prichard theory. We beIieve that these studies will soon be helpful to control the interatomic collisional rates for the achievement of heteronuclear sampIes of Bose-Einstein condensates.

Uma análise dos processos colisionais homonucleares e heteronucleares, responsáveis por perdas em uma armadilha magneto-óptica, foi realizada neste trabalho. Resultados experimentais inéditos para as taxas de perdas, no sistema Rb-Cs, foram obtidos. Os dados experimentais em conjunto com os resultados do modelo sugerem que o processo de escape radiativo é dominante. O modelo utilizado é muito sensível à profundidade da armadilha, a qual depende de outros parâmetros (intensidade, dessintonia, gradiente de campo magnético, etc.). A colaboração com pesquisadores italianos possibilitou uma análise mais detalhada das taxas de perdas heteronucleares em outras regiões de intensidade. Estudamos a dependência das taxas heteronucleares com a razão das massas do par atômico, e uma razoável concordância foi observada. O estudo de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas é importante na obtenção do condensado de BoseEinstein com duas espécies atômicas distintas, e também em experiências de espectroscopia fotoassociativa. / In this work, we had investigated the heteronuclear trap loss rate in a two-species Rb-Cs magneto-optical trap. The experimental results suggest that radiative escape is the main collisional process responsible for heteronuclear losses. An addapted Gallagher - Pritchard model is compared with the data. The model is very sensitive to the trap depth, which depends on the trap parameters (intensity, detuning, magnetic - field gradient, etc.) This observation is also supported by experimental results from a Pisa\' group. We have compared experimental of heteronuclear rates as a function of the masses ratio of the atomic pair with the model, and a reasonable agreement is observed. These studies are relevant for high resolution atomic / molecular spectroscopy, and for the production of mixed - species Bose-Einstein condensates.

Utilizou-se um Hamiltoniano KP (6x6) do tipo Kane para, se estudar a estrutura de bandas e níveis de Landau para heteroestruturas de semicondutores zincblende dos grupos III-V e II-VI. Os efeitos do acoplamento entre as bandas de condução e valência, da mistura dos estados da banda de valência, da não-parabolicidade dos níveis, da total degenerescência dos níveis, do warping e das descontinuidades das massas efetivas nas heterointerfaces são levados em conta. Mostrou-se que a interação entre as bandas de condução e valência não pode ser desprezada, mesmo para semicondutores de gap largo, como citado em trabalhos existentes na literatura. Para um estudo sistemático do modelo, utilizou-se um poço quântico de GaAs Ga(Al)As e então aplicou-se o modelo a um sistema de semicondutores semi-magnéticos (poço quântico de CdTe Cd(Mn)Te). / A Kane-like (6x6) KP Hamiltonian is used to study the subband structure and Landau levels for group III-V and group II-VI zincblende semiconductor heterostructures. The effects of conduction-valence band coupling, valence band states mixing, nonparabolicity of the levels, the full degeneracy of the levels, warping and effective masses discontinuities at the heterointerfaces are taken into account. It is shown that the interaction between conduction-valence bands cannot be neglected, even so the semicondutctor have wide gap, as claimed in previous work in the literature. GaAs-Ga(Al)As quantum well was used as a model for a systematic study of the effects of each effective KP parameters. Then, it was applied to the study the subband structure of semi-magnetic semiconductor system (a quantum well of CdTe-Cd(Mn)Te.

Neste trabalho estudamos a interação entre átomos de Rydberg no estado nP e sua dependência com o campo elétrico dc. Estes estados apresentam ressonâncias Föster para um número quântico principal n menor que 37. Nestes processos de ressonância um par atômico no estado nP muda para um par nS+(n+1)S. Realizamos dois experimentos de evolução temporal para 32&le;n&le;36. No primeiro investigamos a dependência da taxa de transferência de população NnS em função do número quântico principal n. E no segundo estudamos a transferência de população para um estado fixo de n=33 em função do campo elétrico. Além disso, estudamos a dependência da população no estado 33S em função da densidade de átomos de Rydberg no estado 33P. Estes resultados nos permitem observar duas contribuições distintas, uma linear relacionada a radiação de corpo negro e uma quadrática ligada a interação de dois corpos. Estes resultados confirmam o modelo de taxa para o efeito da radiação de corpo negro. / In this work we studied the role of Rydberg atoms interactions in the nP state and the dc electric field dependency of this process. The nP state shows Föster resonances for principal quantum number less than 37. In this resonance process, an atomic pair in nP state changes to a pair nS+(n+1)S. We have performed two time evolution experiments for 32&le;n&le;36. In the first one we have investigated the NnS population transfer rate for a variable principal quantum number n. In the second we have study the population transfer for a fixed n=33, by varying an electric field. Moreover, we observed the density dependency of the population in the 33S state by varying the nP state atomic density. The results allow us to observe two distinct contributions, a linear contribution related with the black body radiation and a quadratic one connected with two body process. The results agree well with the rate model used to treat the black body radiation.

Processos colisionais envolvendo transferência de energia têm sido intensivamente investigados em amostras de átomos de Rydberg frios nos últimos anos. Alguns grupos de pesquisa têm interpretado tais processos utilizando um modelo de muitos corpos; nosso grupo tem explicado tais processos, considerando a interação de dois corpos em um potencial de ultralongo alcance e o movimento sob a ação de um potencial. Nesta tese nós investigamos tais processos de colisão envolvendo átomos de Rydberg frios, produzidos em uma armadilha magneto-óptica. A investigação da evolução temporal de estados de Rydberg produzidos por colisões para diferentes densidades atômicas nos permite demonstrar que o processo binário é dominante. Além disso, mostramos que a radiação de corpo negro não pode ser desprezada nestes experimentos. Finalmente, sugerimos melhorias para um modelo semi-clássico de dinâmica colisional proposto por nosso grupo. / Collisional processes involving energy transfer have been intensively investigated in samples of cold Rydberg atoms in the last years. Some research groups have interpreted such processes using a many body model; on the other hand our group has explained such processes considering a two body interaction in an ultralong range potential and the atomic motion under the influence of such potential. In this work, we have investigated such atomic collisions involving cold Rydberg atoms, produced in a magneto-optical trap. The time evolution study of the Rydberg states produced by collisions for different atomic densities has shown us that the binary process is dominant in such system. Beyond that, we have shown that the radiation of black body cannot be neglected in these experiments. Finally, we suggest improvements for the semi-classical collissional dynamic model proposed by our group.