We present a dual-species effusive source and Zeeman slower designed to produce slow atomic beams of two elements with a large mass difference and with very different oven temperature requirements. We demonstrate this design for the case of 6Li and 85Rb and achieve magneto-optical trap (MOT) loading rates equivalent to that reported in prior work on dual species (Rb+Li) Zeeman slowers operating at the same oven temperatures. Key design choices, including thermally separating the effusive sources and using a segmented coil design to enable computer control of the magnetic field profile, ensure that the apparatus can be easily modified to slow other atomic species. By performing the final slowing using the quadrupole magnetic field of the MOT, we are able to shorten our Zeeman slower length making for a more compact system without compromising performance. We outline the construction and analyze the emission properties of our effusive sources. We also verify the performance of the source and slower, and we observe sequential loading rates of 12 × 108 atoms/s for a Rb oven temperature of 140 °C and 1.1 × 108 atoms/s for a Li reservoir at 460 °C, corresponding to reservoir lifetimes for continuous operation of 10 and 4 years, respectively.

1.
M.
Taglieber
,
A.
Voigt
,
T.
Aoki
,
T. W.
Hänsch
, and
K.
Dieckmann
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
010401
(
2008
).
2.
A.
Trenkwalder
,
C.
Kohstall
,
M.
Zaccanti
,
D.
Naik
,
A. I.
Sidorov
,
F.
Schreck
, and
R.
Grimm
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
115304
(
2011
).
3.
G.
Roati
,
F.
Riboli
,
G.
Modugno
, and
M.
Inguscio
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
150403
(
2002
).
4.
S.
Ospelkaus
,
C.
Ospelkaus
,
L.
Humbert
,
K.
Sengstock
, and
K.
Bongs
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
120403
(
2006
).
5.
I.
Titvinidze
,
M.
Snoek
, and
W.
Hofstetter
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
100401
(
2008
).
6.
S.-K.
Tung
,
C.
Parker
,
J.
Johansen
,
C.
Chin
,
Y.
Wang
, and
P. S.
Julienne
,
Phys. Rev. A
87
,
010702
(
2013
).
7.
G.
Modugno
,
M.
Modugno
,
F.
Riboli
,
G.
Roati
, and
M.
Inguscio
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
190404
(
2002
).
8.
G.
Thalhammer
,
G.
Barontini
,
L.
De Sarlo
,
J.
Catani
,
F.
Minardi
, and
M.
Inguscio
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
210402
(
2008
).
9.
M.
Guglielmino
,
V.
Penna
, and
B.
Capogrosso-Sansone
,
Phys. Rev. A
82
,
021601
(
2010
).
10.
M.
Jag
,
M.
Zaccanti
,
M.
Cetina
,
R. S.
Lous
,
F.
Schreck
,
R.
Grimm
,
D. S.
Petrov
, and
J.
Levinsen
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
075302
(
2014
).
11.
R.
Pires
,
J.
Ulmanis
,
S.
Häfner
,
M.
Repp
,
A.
Arias
,
E. D.
Kuhnle
, and
M.
Weidemüller
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
250404
(
2014
).
12.
K. K.
Ni
,
S.
Ospelkaus
,
M. H. G.
de Miranda
,
A.
Pe’er
,
B.
Neyenhuis
,
J. J.
Zirbel
,
S.
Kotochigova
,
P. S.
Julienne
,
D. S.
Jin
, and
J.
Ye
,
Science
322
,
231
(
2008
).
13.
F. M.
Spiegelhalder
,
A.
Trenkwalder
,
D.
Naik
,
G.
Kerner
,
E.
Wille
,
G.
Hendl
,
F.
Schreck
, and
R.
Grimm
,
Phys. Rev. A
81
,
043637
(
2010
).
14.
J. W.
Park
,
S. A.
Will
, and
M. W.
Zwierlein
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
205302
(
2015
).
15.
16.
A.
Micheli
,
G. K.
Brennen
, and
P.
Zoller
,
Nat. Phys.
2
,
341
(
2006
).
17.
K. R. A.
Hazzard
,
B.
Gadway
,
M.
Foss-Feig
,
B.
Yan
,
S. A.
Moses
,
J. P.
Covey
,
N. Y.
Yao
,
M. D.
Lukin
,
J.
Ye
,
D. S.
Jin
, and
A. M.
Rey
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
195302
(
2014
).
18.
M.
Aymar
and
O.
Dulieu
,
J. Chem. Phys.
122
,
204302
(
2005
).
19.
G.
Modugno
,
G.
Ferrari
,
G.
Roati
,
R. J.
Brecha
,
A.
Simoni
, and
M.
Inguscio
,
Science
294
,
1320
(
2001
).
20.
V. V.
Ivanov
,
A.
Khramov
,
A. H.
Hansen
,
W. H.
Dowd
,
F.
Münchow
,
A. O.
Jamison
, and
S.
Gupta
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
153201
(
2011
).
21.
F.
Schreck
,
G.
Ferrari
,
K. L.
Corwin
,
J.
Cubizolles
,
L.
Khaykovich
,
M.
Mewes
, and
C.
Salomon
,
Phys. Rev. A
64
,
011402
(
2001
).
22.
Z.
Hadzibabic
,
C. A.
Stan
,
K.
Dieckmann
,
S.
Gupta
,
M. W.
Zwierlein
,
A.
Görlitz
, and
W.
Ketterle
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
160401
(
2002
).
23.
J.
Catani
,
G.
Barontini
,
G.
Lamporesi
,
F.
Rabatti
,
G.
Thalhammer
,
F.
Minardi
,
S.
Stringari
, and
M.
Inguscio
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
140401
(
2009
).
24.
S.
Nascimbène
,
N.
Navon
,
K.
Jiang
,
F.
Chevy
, and
C.
Salomon
,
Nature
463
,
1057
(
2010
).
25.
C. A.
Stan
and
W.
Ketterle
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
063113
(
2005
).
26.
G. E.
Marti
,
R.
Olf
,
E.
Vogt
,
A.
Öttl
, and
D. M.
Stamper-Kurn
,
Phys. Rev. A
81
,
043424
(
2010
).
27.
E.
Wille
,
F.
Spiegelhalder
,
G.
Kerner
,
D.
Naik
,
A.
Trenkwalder
,
G.
Hendl
,
F.
Schreck
,
R.
Grimm
,
T.
Tiecke
,
J.
Walraven
,
S.
Kokkelmans
,
E.
Tiesinga
, and
P.
Julienne
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
053201
(
2008
).
28.
E.
Wille
, “
Preparation of an optically trapped Fermi-Fermi mixture of 6Li and 40K atoms and characterization of the interspecies interactions by feshbach spectroscopy
,” Ph.D. thesis,
Universitat Innsbruck
, Innsbruck, Austria,
2009
.
29.
A.
Paris-Mandoki
,
M. D.
Jones
,
J.
Nute
,
J.
Wu
,
S.
Warriar
, and
L.
Hackermüller
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
113103
(
2014
).
30.
M. A.
Joffe
,
W.
Ketterle
,
A.
Martin
, and
D. E.
Pritchard
,
J. Opt. Soc. Am. B
10
,
2257
(
1993
).
31.
M. R.
Walkiewicz
,
P. J.
Fox
, and
R. E.
Scholten
,
Rev. Sci. Instrum.
71
,
3342
(
2000
).
32.
P.
Clausing
,
J. Vac. Sci. Technol.
8
,
636
(
1971
).
33.
H. C. W.
Beijerinck
and
N. F.
Verster
,
J. Appl. Phys.
46
,
2083
(
1975
).
34.
R.
Senaratne
,
S. V.
Rajagopal
,
Z. A.
Geiger
,
K. M.
Fujiwaram
,
V.
Lebedev
, and
D. M.
Weld
,
Rev. Sci. Instrum.
86
,
023105
(
2015
).
35.
S. C.
Bell
,
M.
Junker
,
M.
Jasperse
,
L. D.
Turner
,
Y.-J.
Lin
,
I. B.
Spielman
, and
R. E.
Scholten
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
013105
(
2010
).
36.
K.
Dieckmann
,
R. J. C.
Spreeuw
,
M.
Weidemüller
, and
J. T. M.
Walraven
,
Phys. Rev. A
58
,
3891
(
1998
).
37.
T. G.
Tiecke
,
S. D.
Gensemer
,
A.
Ludewig
, and
J. T. M.
Walraven
,
Phys. Rev. A
80
,
013409
(
2009
).
38.
S.
Dutta
,
J.
Lorenz
,
A.
Altaf
,
D. S.
Elliott
, and
Y. P.
Chen
,
Phys. Rev. A
89
,
020702
(
2014
).
39.
K.
Ladouceur
,
B. G.
Klappauf
,
J. V.
Dongen
,
N.
Rauhut
,
B.
Schuster
,
A. K.
Mills
,
D. J.
Jones
, and
K. W.
Madison
,
J. Opt. Soc. Am. B
26
,
210
(
2009
).
40.
S.
Ospelkaus
,
C.
Ospelkaus
,
R.
Dinter
,
J.
Fuchs
,
M.
Nakat
,
K.
Sengstock
, and
K.
Bongs
,
J. Mod. Opt.
54
,
661
(
2007
).
41.
A.
Ridinger
,
S.
Chaudhuri
,
T.
Salez
,
U.
Eismann
,
D.
Fernandes
,
K.
Magalhães
,
D.
Wilkowski
,
C.
Salomon
, and
F.
Chevy
,
Eur. Phys. J. D
65
,
223
(
2011
).
42.
J.
Goldwin
,
S.
Inouye
,
M. L.
Olsen
,
B.
Newman
,
B. D.
DePaola
, and
D. S.
Jin
,
Phys. Rev. A
70
,
021601
(
2004
).
43.
M.
Taglieber
,
A.-C.
Voigt
,
F.
Henkel
,
S.
Fray
,
T. W.
Hänsch
, and
K.
Dieckmann
,
Phys. Rev. A
73
,
011402
(
2006
).
44.
W.
Gunton
,
M.
Semczuk
, and
K. W.
Madison
,
Phys. Rev. A
88
,
023624
(
2013
).
45.
C. J.
Dedman
,
J.
Nes
,
T. M.
Hanna
,
R. G.
Dall
,
K. G. H.
Baldwin
, and
A. G.
Truscott
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
5136
5142
(
2004
).
46.
R.
Napolitano
,
S.
Zilio
, and
V.
Bagnato
,
Opt. Commun.
80
,
110
(
1990
).
47.
I. R.
Hill
,
Y. B.
Ovchinnikov
,
E. M.
Bridge
,
E. A.
Curtis
, and
P.
Gill
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
47
,
075006
(
2014
).
48.
A.
Mosk
,
S.
Kraft
,
M.
Mudrich
,
K.
Singer
,
W.
Wohlleben
,
R.
Grimm
, and
M.
Weidemüller
,
Appl. Phys. B
73
,
791
(
2001
).
49.
B.
Deh
,
W.
Gunton
,
B. G.
Klappauf
,
Z.
Li
,
M.
Semczuk
,
J.
Van Dongen
, and
K. W.
Madison
,
Phys. Rev. A
82
,
020701
(
2010
).
50.
S. G.
Miranda
,
S. R.
Muniz
,
G. D.
Telles
,
L. G.
Marcassa
,
K.
Helmerson
, and
V. S.
Bagnato
,
Phys. Rev. A
59
,
882
(
1999
).
51.
M.
Vangeleyn
,
P. F.
Griffin
,
E.
Riis
, and
A. S.
Arnold
,
Opt. Express
17
,
13601
(
2009
).
52.
E. E.
Edwards
, “
Construction of apparatus and first experiments investigating dynamics of Bose-Einstein condensate in disordered optical lattices
,” Ph.D. thesis,
University of Maryland
, College Park, MD,
2009
.
53.
B. P.
Anderson
and
M. A.
Kasevich
,
Phys. Rev. A
63
,
023404
(
2001
).
54.
W. J.
Bowden
, “
An experimental apparatus for the laser cooling of lithium and rubidium
,” Master’s thesis,
University of British Columbia
,
2014
.
55.
D. R.
Olander
,
R. H.
Jones
, and
W. J.
Siekhaus
,
J. Appl. Phys.
41
,
4388
(
1970
).
56.
G. R.
Hanes
,
J. Appl. Phys.
31
,
2171
(
1960
).
57.
N.
Ramsey
,
Molecular Beams
,
International Series of Monographs on Physics
(
Clarendon Press
,
1963
).
58.
J.
Van Dongen
,
C.
Zhu
,
D.
Clement
,
G.
Dufour
,
J. L.
Booth
, and
K. W.
Madison
,
Phys. Rev. A
84
,
022708
(
2011
).
59.
K.
Gunter
, “
Design and implementation of a Zeeman slower for 87Rb
,” Master’s thesis,
Ecole Normale Superieure
, Paris, France,
2004
.
You do not currently have access to this content.