Soutenance de thèse de Adrien POINDRON

Une nouvelle application pour un ensemble d'ions piégés et refroidis par laser est proposée pour la détection non-destructive de molécules géantes. Dans cette application un ion moléculaire est projeté sur un ensemble d'ions calcium+. Le signal de détection est attendu dans la fluorescence de l'ensemble d'ions susceptible de varier après la perturbation induite par la molécule. En parallèle du développement d'un prototype nous démontrons par l'intermédiaire de simulations numériques la faisabilité du principe. La thèse s'organise en trois parties : la première partie présente les aspects expérimentaux propres au piégeage d'ions, la deuxième partie traite des aspects expérimentaux propres à la source moléculaire et au guidage d'une particule chargée, la troisième partie présente les simulations numériques conduites dans le but de reproduire numériquement l'interaction. Avec les simulations, nous mettons en évidence les rôles clé de l'interaction coulombienne combinée au chauffage radio-fréquence dans le mécanisme de déstabilisation du nuage entraînant la détection. Les conditions favorisant la détection sont étudiés, ainsi que certains aspects du piégeage d'ions seul. Les éléments essentiels constitutifs du prototype sont présentés et discutés dans les premières parties. Une description du piégeage d'un ensemble d'ions au delà du régime adiabatique est proposée. Les caractéristiques essentielles des grands ensembles d'ions sont présentés. En particulier, le chauffage radio-fréquence est discuté. Sur le plan moléculaire l'ensemble des techniques mises en œuvre pour acheminer un ion moléculaire est décrite, en prenant en compte les récents éléments apparus après le développement du prototype. Un effort particulier a été produit afin de fournir les éléments nécessaires à la compréhension et à la bonne mise en œuvre des éléments de la source moléculaire. Une détection d'ions légers par des moyens classiques a pu être mise en œuvre et est discutée.

A new application for a laser-cooled trapped ion ensemble is proposed for the non-destructive detection of giant molecules. In this application a molecular ion is projected onto an ensemble of calcium+ ions. The detection signal is expected in the fluorescence of the ion set which may vary after the perturbation induced by the molecule. In parallel with the development of a prototype, we demonstrate the feasibility of the principle through numerical simulations. The thesis is organised in three parts: the first part presents the experimental aspects specific to the ion trapping, the second part deals with the experimental aspects specific to the molecular source and the guidance of a charged particle, the third part presents the numerical simulations conducted in order to numerically reproduce the interaction. With the simulations, we highlight the key roles of the coulombic interaction combined with radio-frequency heating in the cloud destabilisation mechanism leading to detection. The conditions favouring detection are studied, as well as certain aspects of ion trapping alone. The essential elements of the prototype are presented and discussed in the first parts. A description of the trapping of an ion set beyond the adiabatic regime is proposed. The essential characteristics of the large ion sets are presented. In particular, radio-frequency heating is discussed. At the molecular level, all the techniques used to deliver a molecular ion are described, taking into account the recent elements that appeared after the development of the prototype. A particular effort has been made to provide the elements necessary for the understanding and proper implementation of the molecular source elements. A detection of light ions by conventional means is implemented and discussed.