L'erbium se laisse enfin piéger

Par une technique basée sur l'utilisation de lasers, des physiciens du NIST (National Institute of Standards and Technology) ont réussi à refroidir et à piéger des atomes d'erbium, un métal lourd de la catégorie des terres rares doté de propriétés optiques, électroniques et magnétiques exceptionnelles. L'élément possède une structure énergétique si complexe qu'il a toujours été considéré comme extrêmement difficile à piéger. L'expérience, décrite dans l'édition du 14 avril des Physical Review Letters pourrait conduire au développement de nouvelles nanotechnologies dans les domaines des télécommunications, de l'informatique quantique ou des semi-conducteurs.


Le refroidissement et le piégeage par laser consiste à frapper des atomes par des rayons laser d'une couleur précise et dans une configuration spécifique de sorte que les atomes absorbent et émettent de la lumière de manière contrôlée ; la baisse de chaleur et la diminution de l'impulsion, menant à un état presque immobile. Jusqu'ici, le procédé n'était réalisable qu'avec des atomes qui commutent facilement entre deux niveaux d'énergie sans passage par un quelconque niveau intermédiaire. Or, dans le cas de l'erbium il en existe plus de 110 niveaux entre les deux niveaux d'énergie utilisés dans le refroidissement par laser, et il existe ainsi beaucoup de possibilités de se "perdre" dans le processus. Les chercheurs de NIST ont découvert que ces atomes perdus pouvaient en fait être réutilisés, et que le piégeage pouvait s'avérer malgré tout faisable.

Les chercheurs ont élaboré un faisceau d'atomes d'erbium par chauffage à plus de 1300°C. Des champs magnétiques et six rayons laser pourpres ont ensuite été utilisés pour refroidir et piéger plus d'un million d'atomes dans un espace d'environ 100 microns de diamètre. A l'intérieur de la trappe, les atomes transitent par un ou plusieurs des 110 niveaux d'énergie et cessent de réagir aux lasers, échappant en cela du piège. Ils sont cependant maintenus à proximité par le champ magnétique et finalement, beaucoup d'entre eux retombent au niveau le plus bas, en résonance avec la lumière du laser et sont repris dans la trappe.

Les atomes d'erbium peuvent de cette manière être confinés avec une densité suffisante pour former un condensat de Bose-Einstein, état de la matière très uniforme utilisé en recherche quantique. L'erbium piégé et refroidi pourrait également être utilisé pour la production de photons uniques, à des longueurs d'onde utilisées dans les télécommunications. De plus, ils pourraient servir à "doper" des semi-conducteurs d'impuretés dans le but d'affiner leurs propriétés. L'erbium qui, comme d'autres terres rares, conserve ses caractéristiques optiques même lorsqu'il est mélangé à d'autres matériaux, est déjà utilisé dans les lasers, les amplificateurs et pour la vitrification des céramiques. Les sels d'erbium, par exemple, produisent une lumière rose pastel.