Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Quantenreflexion von Atomen an attraktiven Potenzialschwänzen

Georg Jacoby

Published Jan 1, 2002• 0 citations
OpenAlex

Abstract

In attraktiven Potenzialschwänzen, die schneller als 1/r2 abfallen, gibt es einen Bereich mittlerer Abstände, in dem Quanteneffekte wichtig sind und klassisch verbotene 'Quantenreflexion' hervorgerufen wird. Diese kann z.B. die Annäherung eines Projektil-Atoms an eine Oberfläche behindern. Für verschwindende Projektilenergie geht die Reflexionswahrscheinlichkeit gegen Eins, so dass Quantenreflexion bei kleinen Energien, wie sie heute in Experimenten mit kalten und ultrakalten Atomen realisiert werden, ein wichtiger meßbarer Effekt ist. Die Dissertation gibt eine detaillierte Analyse der Quantenreflexion und zeigt unter anderem den dominaten Einfluss, den Retardierungseffekte hierauf haben.

Related papers

Quanten-Regenbogenstreuung bei axialer Oberflächen-Gitterführung schneller Atome

Andreas Schüller

In dieser Dissertation werden klassische und quantenmechanische Regenbögen in den Winkelverteilungen bei streifender Streuung (Einfallswinkeln ca. 1°) von schnellen Atomen (kinetische Energien im Bereich von keV) entlang niedrig indizierter Kristallrichtungen atomar ebener Festkörperoberflächen untersucht. Die Projektilatome werden dabei entlang der Atomketten der jeweiligen Kristallrichtung geführt (axiale Oberflächen-Gitterführung) und mit einem ortsauflösenden Detektor nachgewiesen. Die resultierenden Streuverteilungen zeigen Intensitätsmaxima, die aufgrund von Regenbogenstreuung entstehen. Über den Vergleich gemessener Regenbogenwinkel mit Trajektoriensimulationen wird das Projektilatom-Oberfläche-Potential untersucht. Für leichte Atome und Moleküle zeigen sich in den Intensitätsverteilungen sogenannte überzählige Regenbögen, die nur durch Interferenz von Materiewellen erklärbar sind. Mit sinkender Energie werden auch diskrete Bragg-Reflexe auflösbar, deren relative Intensität durch die Winkelpositionen der überzähligen Regenbögen bestimmt wird. Das entsprechende Beugungsmuster wird Quanten-Regenbogen genannt. Solche Quanteneffekte wurden bei der Streuung von Atomen mit Energien von einigen keV (De-Broglie-Wellenlänge 10^-4 nm) zuvor weder beobachtet noch erwartet, da eine Erhaltung der Kohärenz bisher ausgeschlossen schien. Die Abhängigkeit der Interferenzmuster von den Streubedingungen wurde detailliert untersucht, mit semiklassischen Näherungen beschrieben und Dekohärenzmechanismen identifiziert. Es wird gezeigt, dass Beugung schneller Atome aufgrund der interferometrischen Natur angewandt werden kann, um die Struktur der Oberfläche und das Wechselwirkungspotential mit bisher nicht erreichter Genauigkeit zu bestimmen. Die Anwendbarkeit dieser Methode wurde an verschiedenen Materialklassen und Adsorbat-Überstrukturen nachgewiesen.

•Aug 27, 2010•1 citation

Der Einfluß von Gravitation und Trägheit auf die Interferenz von Quantenfeldern

Karl-Peter Marzlin

Diese Dissertation beschäftigt sich in einem weiten Sinn mit der Wechselwirkung von Atomen und Strahlungsfeld in nichtinertialen Bezugssystemen und in Anwesenheit von Gravitationsfeldern sowie den daraus folgenden Konsequenzen in der Atominterferometrie. Ausgehend von kovarianten Feldgleichungen werden allgemein-relativistische Korrekturterme zu den wichtigsten Gleichungen und Methoden der Quantenoptik hergeleitet. Im einzelnen sind dies die Pauli-Gleichung, die Dipolkopplung zwischen Atom und Strahlungsfeld, die Reduktion des atomaren Hilbert-Raumes auf wenige Zustände und die Quantisierung des Maxwell-Feldes. Dieser Formalismus wird dann dazu verwendet, die durch Beschleunigung, Rotation und Raum-Zeit-Krümmung verursachte Phasenverschiebung in Atominterferometern herzuleiten. Die dabei verwendete Methode ist rein algebraisch und baut auf der unitären Zeitentwicklung der Atome auf. Das Ergebnis gibt die Phasenverschiebung für beliebige Atominterferometer an, die Laser als Strahlteiler verwenden. Insbesondere ergibt sich, daß die durch die Beschleunigung induzierte Phasenverschiebung unabhängig vom Anfangszustand der Atome und linear in der Beschleunigung ist. Für das Ramsey- Interferometer wird diese Methode für eine umfangreiche Klasse äußerer Potentiale mit der WKB-Methode verglichen. Eine detaillierte Abschätzung für existierende Interferometer und leichter Modifikationen davon zeigt schließlich, daß diese Geräte dazu geeignet sein sollten, den bislang noch nicht experimentell abgesicherten Einfluß der Raum-Zeit-Krümmung auf Atome nachzuweisen. In einem anderen Teil dieser Arbeit wird der Begriff der Fermi-Koordinaten in der Relativitätstheorie untersucht. Der allgemeine Ausdruck für die Metrik in den Fermi-Koordinaten eines Beobachters im schwachen Gravitationsfeld wird hergeleitet. Da Fermi-Koordinaten nur in einer Umgebung des Beobachters konstruiert werden können, kommen sie nicht als Definition des Bezugssystems

•Jan 1, 1994•0 citations

Untersuchungen zur Speicherung von neutralen Atomen in elektrischen Feldern

Robert Jung

Diese Arbeit hat zum Ziel, auf der Grundlage ausführlicher Simulationsrechnungen eine zweidimensionale Falle für neutrale Atome basierend auf elektrischen Wechselfeldern aufzubauen und das Fallenprinzip an kalten metastabilen Heliumatomen bzw. Rubidiumatomen zu demonstrieren. Mit dieser Art von Atomfallen ist geplant, gezielt Stöße ultrakalter neutraler Atome zu untersuchen. Diese sollten unabhängig von äußeren Feldern vor dem Stoß präpariert werden können, um Stoßquerschnitte in Abhängigkeit von der Spinausrichtung der Atome bestimmen zu können. Das eigentliche Element, an dem diese Untersuchungen durchgeführt werden sollen, ist das metastabile Heliumatom. Der Einfluß der elektrischen Felder auf neutrale Atome wird allerdings zu Testzwecken des Fallenaufbaus und der eingesetzten Hochspannungsschalter in Experimenten am Element Rubidium durchgeführt. Die experimentellen Voraussetzungen für die Speicherung neutraler Atome in elektrischen Feldern, das Bereitstellen ausreichend kalter Teilchenensemble, ist durch den Aufbau und Betrieb von magneto-optischen Fallen für metastabiles Helium und Rubidium gegeben. Die in der Arbeit vorgestellte elektrische Falle wird zuerst theoretisch behandelt. Die Bewegungsgleichungen für neutrale Atome in elektrischen Wechselfeldern werden aufgestellt, woraus sich Aussagen über die Stabilitätsbereiche ableiten lassen. Ebenso kann ein Ausdruck für die Fallentiefe hergeleitet werden. Die maximalen Fallentiefen ergeben sich für He* zu 32MHz bei einer Spannung von +/-15kV und einer Frequenz von 1100Hz und für Rubidium zu 12MHz bei U=+/-9kV und f=150Hz. Anschließende numerische Simulationen zur Speicherung eines kalten Rubidiumensembles zeigen auf, unter welchen Bedingungen eine effiziente Speicherung möglich ist. Als Ergebnis ist festzuhalten, daß bei Spannungen von U_0=+/-9000V bei einer Fallenfrequenz von f=200-250Hz ein Anteil von mehr als 7% der in der MOT gespeicherten Rubidiumatome in die elektrische Falle übertragen werden könnte. Die dabei erreichbaren Fallentiefen betragen 32 - 45µK. Der Einfluß der Gravitation kann durch eine konstante zusätzliche Spannung U_add, die an die oberen Elektroden angelegt wird, ausgeglichen werden. Die für die Realisierung der elektrischen Falle konzipierten Hochspannungsschalter und die eingesetzte Elektrodenstruktur werden detailliert beschrieben. Erste Hinweise auf das zweidimensionale Speichern von Rubidium in elektrischen Wechselfeldern liefern Messungen, die dokumentieren, daß durch den Betrieb der elektrischen Falle über einen Zeitraum von 16ms deutlich mehr Atome nachzuweisen sind, als die freie Expansion der Atomwolke zeigt. Aus den Daten geht hervor, daß mit der elektrischen Falle noch rund 15% der nach 2ms nachgewiesenen Atome vorhanden sind, während nach der selben Zeit, aber mit statischen elektrischen Feldern nur noch rund 5% nachzuweisen sind. Als Fallenparameter dienen dabei die aus den Simulationsrechnungen hervorgehenden Werte für die Spannungen - U_0=+/-9kV, U_add=+800V an den oberen beiden Fallenstäben zum Gravitationsausgleich - bei einer Frequenz von f=250Hz. Das Meßergebnis wird schließlich im Vergleich zu Simulationsergebnissen betrachtet und etwaige Verbesserungsmöglichkeiten werden diskutiert. Als Anwendungsmöglichkeit des hier präsentierten Fallenprinzips wird das Konzept eines Speicherrings für neutrale Atome zur Untersuchung ultrakalter Stöße vorgestellt.

•Nov 2, 2006•0 citations

Quantenreflexion bei gekoppelten Kanälen

Carlo G. Meister

In dieser Arbeit wird die Quantenreflexion in einem System von gekoppelten Kanälen untersucht. Dabei zeigen wir, dass die Reflektivität im elastischen Reflexionskanal im allgemeinen, wie im ungekoppelten Einkanalfall, nahe der Schwelle ein lineares Verhalten aufzeigt und für Energie Null den Wert Eins annimmt. Für zwei gekoppelte Stufenpotentiale erhält man unter bestimmten Umständen vollständige Anregung durch Reflexion. Weiche Woods-Saxon-Potentiale und realistischere atomare Potentiale werden numerisch untersucht. Eine Modifikation der Landau-Zener-Formel zur Berücksichtigung der Quantenreflexion wird vorgestellt.

•Jan 1, 2003•0 citations

Quantenmechanik

Melvin W. Hanna

Gegen Ende des 19. Jh. machten drei grundlegende Beobachtungen deutlich, daß die klassische Mechanik bei Anwendung auf molekulare oder atomare Phänomene keine korrekten Resultate liefern kann. Diese Experimente beruhten auf Beobachtungen der Atomspektren, der Strahlung des schwarzen Körpers und des lichtelektrischen Effekts. Im folgenden Abschnitt wird jedes dieser Experimente diskutiert und gezeigt, wie die grundlegenden Annahmen der klassischen Mechanik modifiziert werden müssen10). Unter diesem Aspekt wird die Quantenmechanik mit einer Reihe von Postulaten eingeführt. Diese Postulate werden dann auf die Berechnung einiger einfacher Systeme angewandt.

Steinkopff eBooks•Jan 1, 1969•0 citations

Coherent manipulation of ultracold atoms on atom chips

Philipp Treutlein

Diese Dissertation umfasst Experimente und theoretische Überlegungen zur kohärenten Manipulation von ultrakalten Atomen auf einem Atomchip.In Experimenten untersuchen wir den Einfluss der Chipoberfläche auf die Kohärenz von Superpositionen interner atomarer Zustände und realisieren eine Chip-basierte Atomuhr.Weiterhin werden detaillierte theoretische Vorschläge für ein Atomchip-Quantengatter sowie für die Kopplung von Bose-Einstein-Kondensaten an nanoelektromechanische Systeme gemacht.Wir fangen Atome in einer magnetischen Mikrofalle auf einem Chip und präparieren sie in einer kohärenten Superposition zweier interner Zustände, deren magnetisches Moment nahezu identisch ist.Mit Hilfe von Ramsey-Interferometrie wird untersucht, welchen Einfluss die Wechselwirkungen mit der Chipoberfläche auf die Kohärenz der Zustände haben.In Abständen von 5 -130 µm von der Oberfläche beobachten wir Kohärenzzeiten und Lebensdauern der Atome von über 1 s.Die Atome in der Chipfalle weisen eine vergleichbare Kohärenzzeit auf wie Atome in makroskopischen Magnetfallen.Bei kleineren Abständen beobachten wir einen Verlust von Atomen aufgrund des anziehenden Casimir-Polder-Oberflächenpotentials.Die guten Kohärenzeigenschaften ermöglichen es uns, eine Atomuhr auf dem Mikrochip zu realisieren.Eine Messung der relativen Frequenzstabilität ergibt 1.7 × 10 -11 (τ [s]) -1/2 .Wir zeigen einfache Verbesserungen auf, mit denen sich eine Stabilität von 10 -13 (τ [s]) -1/2 erreichen lassen sollte.Eine solche Uhr könnte Anwendungen als portabler sekundärer Frequenzstandard sowie in der Satellitennavigation finden.Das von uns untersuchte Zustandspaar kann für die Quanteninformationsverarbeitung verwendet werden.Dazu machen wir einen detaillierten theoretischen Vorschlag für ein Kollisions-Quantengatter auf einem Atomchip.Ein wesentlicher Bestandteil des Gatters sind zustandsselektive Potentiale, die durch Mikrowellen-Nahfelder erzeugt werden.Diese neuartigen Potentiale verbinden Eigenschaften von optischen Dipolpotentialen mit denen magnetischer Nahfeldfallen.Wir beschreiben das Design und die Fabrikation eines mehrlagigen Atomchips für Experimente mit Mikrowellen-Nahfeldern. Über die quantenmechanische Manipulation von Atomen hinaus ermöglichen Atomchips neue Experimente im Grenzbereich von Quantenoptik und Festkörperphysik.Atomare Bose-Einstein-Kondensate könnten zum Beispiel an die Schwingungen eines mechanischen Nanoresonators gekoppelt werden.Wir analysieren dieses System theoretisch und zeigen, dass es ein mechanisches Analogon zur Resonator-Quantenelektrodynamik im Regime starker Kopplung darstellt.

•Jan 1, 2008•11 citations
In attraktiven Potenzialschwänzen, die schneller als 1/r2 abfallen, gibt es einen Bereich mittlerer Abstände, in dem Quanteneffekte wichtig sind und klassisch verbotene 'Quantenreflexion' hervorgerufen wird. Diese kann z.B. die Annäherung eines Projektil-Atoms an eine Oberfläche behindern. Für verschwindende Projektilenergie geht die Reflexionswahrscheinlichkeit gegen Eins, so dass Quantenreflexion bei kleinen Energien, wie sie heute in Experimenten mit kalten und ultrakalten Atomen realisiert werden, ein wichtiger meßbarer Effekt ist. Die Dissertation gibt eine detaillierte Analyse der Quantenreflexion und zeigt unter anderem den dominaten Einfluss, den Retardierungseffekte hierauf haben.
In dieser Dissertation werden klassische und quantenmechanische Regenbögen in den Winkelverteilungen bei streifender Streuung (Einfallswinkeln ca. 1°) von schnellen Atomen (kinetische Energien im Bereich von keV) entlang niedrig indizierter Kristallrichtungen atomar ebener Festkörperoberflächen untersucht. Die Projektilatome werden dabei entlang der Atomketten der jeweiligen Kristallrichtung geführt (axiale Oberflächen-Gitterführung) und mit einem ortsauflösenden Detektor nachgewiesen. Die resultierenden Streuverteilungen zeigen Intensitätsmaxima, die aufgrund von Regenbogenstreuung entstehen. Über den Vergleich gemessener Regenbogenwinkel mit Trajektoriensimulationen wird das Projektilatom-Oberfläche-Potential untersucht. Für leichte Atome und Moleküle zeigen sich in den Intensitätsverteilungen sogenannte überzählige Regenbögen, die nur durch Interferenz von Materiewellen erklärbar sind. Mit sinkender Energie werden auch diskrete Bragg-Reflexe auflösbar, deren relative Intensität durch die Winkelpositionen der überzähligen Regenbögen bestimmt wird. Das entsprechende Beugungsmuster wird Quanten-Regenbogen genannt. Solche Quanteneffekte wurden bei der Streuung von Atomen mit Energien von einigen keV (De-Broglie-Wellenlänge 10^-4 nm) zuvor weder beobachtet noch erwartet, da eine Erhaltung der Kohärenz bisher ausgeschlossen schien. Die Abhängigkeit der Interferenzmuster von den Streubedingungen wurde detailliert untersucht, mit semiklassischen Näherungen beschrieben und Dekohärenzmechanismen identifiziert. Es wird gezeigt, dass Beugung schneller Atome aufgrund der interferometrischen Natur angewandt werden kann, um die Struktur der Oberfläche und das Wechselwirkungspotential mit bisher nicht erreichter Genauigkeit zu bestimmen. Die Anwendbarkeit dieser Methode wurde an verschiedenen Materialklassen und Adsorbat-Überstrukturen nachgewiesen.
Diese Dissertation beschäftigt sich in einem weiten Sinn mit der Wechselwirkung von Atomen und Strahlungsfeld in nichtinertialen Bezugssystemen und in Anwesenheit von Gravitationsfeldern sowie den daraus folgenden Konsequenzen in der Atominterferometrie. Ausgehend von kovarianten Feldgleichungen werden allgemein-relativistische Korrekturterme zu den wichtigsten Gleichungen und Methoden der Quantenoptik hergeleitet. Im einzelnen sind dies die Pauli-Gleichung, die Dipolkopplung zwischen Atom und Strahlungsfeld, die Reduktion des atomaren Hilbert-Raumes auf wenige Zustände und die Quantisierung des Maxwell-Feldes. Dieser Formalismus wird dann dazu verwendet, die durch Beschleunigung, Rotation und Raum-Zeit-Krümmung verursachte Phasenverschiebung in Atominterferometern herzuleiten. Die dabei verwendete Methode ist rein algebraisch und baut auf der unitären Zeitentwicklung der Atome auf. Das Ergebnis gibt die Phasenverschiebung für beliebige Atominterferometer an, die Laser als Strahlteiler verwenden. Insbesondere ergibt sich, daß die durch die Beschleunigung induzierte Phasenverschiebung unabhängig vom Anfangszustand der Atome und linear in der Beschleunigung ist. Für das Ramsey- Interferometer wird diese Methode für eine umfangreiche Klasse äußerer Potentiale mit der WKB-Methode verglichen. Eine detaillierte Abschätzung für existierende Interferometer und leichter Modifikationen davon zeigt schließlich, daß diese Geräte dazu geeignet sein sollten, den bislang noch nicht experimentell abgesicherten Einfluß der Raum-Zeit-Krümmung auf Atome nachzuweisen. In einem anderen Teil dieser Arbeit wird der Begriff der Fermi-Koordinaten in der Relativitätstheorie untersucht. Der allgemeine Ausdruck für die Metrik in den Fermi-Koordinaten eines Beobachters im schwachen Gravitationsfeld wird hergeleitet. Da Fermi-Koordinaten nur in einer Umgebung des Beobachters konstruiert werden können, kommen sie nicht als Definition des Bezugssystems
Diese Arbeit hat zum Ziel, auf der Grundlage ausführlicher Simulationsrechnungen eine zweidimensionale Falle für neutrale Atome basierend auf elektrischen Wechselfeldern aufzubauen und das Fallenprinzip an kalten metastabilen Heliumatomen bzw. Rubidiumatomen zu demonstrieren. Mit dieser Art von Atomfallen ist geplant, gezielt Stöße ultrakalter neutraler Atome zu untersuchen. Diese sollten unabhängig von äußeren Feldern vor dem Stoß präpariert werden können, um Stoßquerschnitte in Abhängigkeit von der Spinausrichtung der Atome bestimmen zu können. Das eigentliche Element, an dem diese Untersuchungen durchgeführt werden sollen, ist das metastabile Heliumatom. Der Einfluß der elektrischen Felder auf neutrale Atome wird allerdings zu Testzwecken des Fallenaufbaus und der eingesetzten Hochspannungsschalter in Experimenten am Element Rubidium durchgeführt. Die experimentellen Voraussetzungen für die Speicherung neutraler Atome in elektrischen Feldern, das Bereitstellen ausreichend kalter Teilchenensemble, ist durch den Aufbau und Betrieb von magneto-optischen Fallen für metastabiles Helium und Rubidium gegeben. Die in der Arbeit vorgestellte elektrische Falle wird zuerst theoretisch behandelt. Die Bewegungsgleichungen für neutrale Atome in elektrischen Wechselfeldern werden aufgestellt, woraus sich Aussagen über die Stabilitätsbereiche ableiten lassen. Ebenso kann ein Ausdruck für die Fallentiefe hergeleitet werden. Die maximalen Fallentiefen ergeben sich für He* zu 32MHz bei einer Spannung von +/-15kV und einer Frequenz von 1100Hz und für Rubidium zu 12MHz bei U=+/-9kV und f=150Hz. Anschließende numerische Simulationen zur Speicherung eines kalten Rubidiumensembles zeigen auf, unter welchen Bedingungen eine effiziente Speicherung möglich ist. Als Ergebnis ist festzuhalten, daß bei Spannungen von U_0=+/-9000V bei einer Fallenfrequenz von f=200-250Hz ein Anteil von mehr als 7% der in der MOT gespeicherten Rubidiumatome in die elektrische Falle übertragen werden könnte. Die dabei erreichbaren Fallentiefen betragen 32 - 45µK. Der Einfluß der Gravitation kann durch eine konstante zusätzliche Spannung U_add, die an die oberen Elektroden angelegt wird, ausgeglichen werden. Die für die Realisierung der elektrischen Falle konzipierten Hochspannungsschalter und die eingesetzte Elektrodenstruktur werden detailliert beschrieben. Erste Hinweise auf das zweidimensionale Speichern von Rubidium in elektrischen Wechselfeldern liefern Messungen, die dokumentieren, daß durch den Betrieb der elektrischen Falle über einen Zeitraum von 16ms deutlich mehr Atome nachzuweisen sind, als die freie Expansion der Atomwolke zeigt. Aus den Daten geht hervor, daß mit der elektrischen Falle noch rund 15% der nach 2ms nachgewiesenen Atome vorhanden sind, während nach der selben Zeit, aber mit statischen elektrischen Feldern nur noch rund 5% nachzuweisen sind. Als Fallenparameter dienen dabei die aus den Simulationsrechnungen hervorgehenden Werte für die Spannungen - U_0=+/-9kV, U_add=+800V an den oberen beiden Fallenstäben zum Gravitationsausgleich - bei einer Frequenz von f=250Hz. Das Meßergebnis wird schließlich im Vergleich zu Simulationsergebnissen betrachtet und etwaige Verbesserungsmöglichkeiten werden diskutiert. Als Anwendungsmöglichkeit des hier präsentierten Fallenprinzips wird das Konzept eines Speicherrings für neutrale Atome zur Untersuchung ultrakalter Stöße vorgestellt.
In dieser Arbeit wird die Quantenreflexion in einem System von gekoppelten Kanälen untersucht. Dabei zeigen wir, dass die Reflektivität im elastischen Reflexionskanal im allgemeinen, wie im ungekoppelten Einkanalfall, nahe der Schwelle ein lineares Verhalten aufzeigt und für Energie Null den Wert Eins annimmt. Für zwei gekoppelte Stufenpotentiale erhält man unter bestimmten Umständen vollständige Anregung durch Reflexion. Weiche Woods-Saxon-Potentiale und realistischere atomare Potentiale werden numerisch untersucht. Eine Modifikation der Landau-Zener-Formel zur Berücksichtigung der Quantenreflexion wird vorgestellt.
Gegen Ende des 19. Jh. machten drei grundlegende Beobachtungen deutlich, daß die klassische Mechanik bei Anwendung auf molekulare oder atomare Phänomene keine korrekten Resultate liefern kann. Diese Experimente beruhten auf Beobachtungen der Atomspektren, der Strahlung des schwarzen Körpers und des lichtelektrischen Effekts. Im folgenden Abschnitt wird jedes dieser Experimente diskutiert und gezeigt, wie die grundlegenden Annahmen der klassischen Mechanik modifiziert werden müssen10). Unter diesem Aspekt wird die Quantenmechanik mit einer Reihe von Postulaten eingeführt. Diese Postulate werden dann auf die Berechnung einiger einfacher Systeme angewandt.
Diese Dissertation umfasst Experimente und theoretische Überlegungen zur kohärenten Manipulation von ultrakalten Atomen auf einem Atomchip.In Experimenten untersuchen wir den Einfluss der Chipoberfläche auf die Kohärenz von Superpositionen interner atomarer Zustände und realisieren eine Chip-basierte Atomuhr.Weiterhin werden detaillierte theoretische Vorschläge für ein Atomchip-Quantengatter sowie für die Kopplung von Bose-Einstein-Kondensaten an nanoelektromechanische Systeme gemacht.Wir fangen Atome in einer magnetischen Mikrofalle auf einem Chip und präparieren sie in einer kohärenten Superposition zweier interner Zustände, deren magnetisches Moment nahezu identisch ist.Mit Hilfe von Ramsey-Interferometrie wird untersucht, welchen Einfluss die Wechselwirkungen mit der Chipoberfläche auf die Kohärenz der Zustände haben.In Abständen von 5 -130 µm von der Oberfläche beobachten wir Kohärenzzeiten und Lebensdauern der Atome von über 1 s.Die Atome in der Chipfalle weisen eine vergleichbare Kohärenzzeit auf wie Atome in makroskopischen Magnetfallen.Bei kleineren Abständen beobachten wir einen Verlust von Atomen aufgrund des anziehenden Casimir-Polder-Oberflächenpotentials.Die guten Kohärenzeigenschaften ermöglichen es uns, eine Atomuhr auf dem Mikrochip zu realisieren.Eine Messung der relativen Frequenzstabilität ergibt 1.7 × 10 -11 (τ [s]) -1/2 .Wir zeigen einfache Verbesserungen auf, mit denen sich eine Stabilität von 10 -13 (τ [s]) -1/2 erreichen lassen sollte.Eine solche Uhr könnte Anwendungen als portabler sekundärer Frequenzstandard sowie in der Satellitennavigation finden.Das von uns untersuchte Zustandspaar kann für die Quanteninformationsverarbeitung verwendet werden.Dazu machen wir einen detaillierten theoretischen Vorschlag für ein Kollisions-Quantengatter auf einem Atomchip.Ein wesentlicher Bestandteil des Gatters sind zustandsselektive Potentiale, die durch Mikrowellen-Nahfelder erzeugt werden.Diese neuartigen Potentiale verbinden Eigenschaften von optischen Dipolpotentialen mit denen magnetischer Nahfeldfallen.Wir beschreiben das Design und die Fabrikation eines mehrlagigen Atomchips für Experimente mit Mikrowellen-Nahfeldern. Über die quantenmechanische Manipulation von Atomen hinaus ermöglichen Atomchips neue Experimente im Grenzbereich von Quantenoptik und Festkörperphysik.Atomare Bose-Einstein-Kondensate könnten zum Beispiel an die Schwingungen eines mechanischen Nanoresonators gekoppelt werden.Wir analysieren dieses System theoretisch und zeigen, dass es ein mechanisches Analogon zur Resonator-Quantenelektrodynamik im Regime starker Kopplung darstellt.