Das Verhalten von Atomen im magnetischen Drehfeld

Martin Oliver Steinhauser

Wālther Gerlāch

Stephan Schneider

Ein Bose-Einstein Kondensat mit Rubidium-87-Atomen im Zustand |F=2,mF=2> wird in einer "Z"-förmigen magnetischen Drahtfalle erzeugt. Die Falle ist eine einfachere und robuste Variante einer Ioffe-Pritchard Falle. Die Drahtfalle ermöglicht die magnetische Speicherung und Kompression von Atomwolken in direkter Nähe einer Oberfläche. Bei einer kritischen Temperatur von etwa 900 nK tritt die Kond4ensation der Rubidiumatome in den Grundzustand der Falle ein. Es können Kondensate mit bis zu 300000 Atomen erzeugt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Doppel-MOT Vakuumapparatur aufgebaut, welche eine hohe Anzahl von Atomen mit langen Speicherzeiten in der Magnetfalle ermöglicht. Die Drahtfalle ist in kompakter Weise mit weiteren von planen Leiterstrukturen erzeugten Mikrofallen kombiniert. Dieses erlaubt eine extreme Flexibilität im Design von Drahtmagnetfallen. Das Kondensat wird als kohärente Atomquelle in nun folgenden Experimenten in oberflächenbasierten magnetischen Mikrofallen neue Möglichkeiten in der komplexen Manipulation von Atomen erschließen.

Philipp‐Immanuel Schneider

Heutzutage können ultrakalte Atome in unterschiedlichsten optischen Fallenpotenzialen eingefangen werden, während sich ihre Wechselwirkung durch die Ausnutzung von magnetischen Feshbachresonanzen kontrollieren lässt. Der Einschluss und die resonante Wechselwirkung können zu einer starken Korrelation der Atome führen, welche es erlaubt, mit ihnen physikalische Phänomene zu simulieren, deren Simulation mit heutigen Computern nicht durchführbar wäre. Eine maßgeschneiderte Kontrolle der Korrelationen könnte es schließlich ermöglichen, mit ultrakalten Atomen einen Quantencomputer zu implementieren. Um die Flexibilität und gute Kontrollierbarkeit ultrakalter Atome voll ausnutzen zu können, ist das Ziel dieser Dissertation die präzise theoretische Beschreibung stark korrelierter, eingeschlossener Atome an einer Feshbachresonanz. Das Wechselspiel zwischen dem Einschluss der Atome und einer Feshbachresonanz wird in dieser Arbeit zunächst anhand eines von Grund auf hergeleiteten analytischen Modells einer Feshbachresonanz zwischen Atomen in einer harmonischen Falle untersucht. Basierend auf diesem Modell wird ein Ansatz entwickelt, wechselwirkende Atome an einer Feshbachresonanz in einem optischen Gitter über ein Bose-Hubbard-Modell zu beschreiben. Im Gegensatz zu aufwendigeren numerischen Methoden erlaubt das Bose-Hubbard-Modell mit der Einbeziehung nur weniger Blochbänder die präzise Vorhersage der Eigenenergien und des dynamischen Verhaltens der Atome im optischen Gitter. Weiterhin wird eine Methode zur Lösung der zeitabhängingen Schrödingergleiung für zwei wechselwirkende Atome in einem dynamischen optischen Gitter entwickelt. Schließlich wird ein Ansatz vorgestellt, wie sich mit ultrakalten Atomen in einem dynamischen optischen Gitter ein Quantencomputer implementieren ließe. Als Quantenregister dient der korrelierte Mott-Zustand von repulsiv wechselwirkenden Atomen. Quantenoperationen werden durch periodisches Wackeln des optischen Gitters getrieben.

Hermann Haken, Hans Christoph Wolf

Hermann Haken, Hans Christoph Wolf