Condensation de Bose-Einstein sur une puce à atomes supraconductrice

In atom chip experiments, cold alkali atoms can be trapped at distances as close as a few tens of micrometers from a conducting surface. The dissipation in the surface leads to a fluctuating magnetic field, which can induce Zeeman transitions towards untrapped states. The lifetime of the cloud then decreases as the cloud is brought closer to the surface. One promising solution to circumvent this problem would be to use a chip made of superconducting microwires instead of normal conductors.In this thesis, we have obtained the first Bose-Einstein condensate on a superconducting atom chip. Approximately 10.000 condensed atoms are trapped 50 micrometers away from the superconducting surface, at a temperature of 100 nK. These results show the feasibility of the achievement of the Bose-Einstein condensation at a distance of a few tens of microns from a superconducting slab. Moreover, we have calculated the near field magnetic noise due to the dynamics of the vortex lattice, and its impact on the trapped cloud. Although the dissipation due to the vortices cannot be neglected, the calculated lifetimes still lies far beyond the values measured in the normal metal case. These theoretical predictions pave the way to applications such as coupling of the cold atoms to mesocopic superconducting devices, such as stripline cavities or SQUIDs.Dans les expériences de puces à atomes, des gaz froids d'atomes alcalins peuvent être maintenus dans un piège magnétique à une distance de quelques microns d'une surface conductrice. La présence de la surface peut se révéler gênante pour le piégeage. En effet, les fluctuations du champ magnétique induites par le bruit de courant dans la puce engendrent des pertes et diminuent le temps de vie de l'échantillon dans le piège quand le nuage se rapproche de la surface. Ce bruit magnétique de champ proche est dû à la résistivité du conducteur métallique utilisé pour le piégeage. L'une des solutions à ce problème pourrait être l'utilisation de supraconducteurs.Cette thèse présente la première expérience de puce à atomes supraconductrice. Nous avons en particulier obtenu le premier condensat de Bose-Einstein au voisinage d'un fil de niobium. Le condensat est composé d'environ 10.000 atomes à une température de 100 nK, à 50 micromètres de la surface de la puce. Les résultats obtenus au cours de ce travail montrent donc la faisabilité de la condensation de Bose-Einstein à quelques dizaines de microns d'une surface supraconductrice.Nous avons également calculé l'effet sur les atomes piégés du bruit de champ proche créé par la dynamique du réseau de vortex dans le supraconducteur. La dissipation dans les zones normales n'est pas négligeable, mais le temps de vie calculé reste très au-dessus des temps de vie mesurés au voisinage de conducteurs normaux. Ces prévisions théoriques confèrent aux puces à atomes supraconductrices un réel potentiel en termes d'applications des micropièges magnétiques très confinants. Ainsi, nous prévoyons par exemple de coupler le nuage atomique à des dispositifs supraconducteurs quantiques mésoscopiques, comme des cavités linéaires ou des SQUIDs