ISBN 978-3-8439-2751-2

978-3-8439-2751-2, Reihe Physik

Thorge Kock
Ultrakalte Quantengase in einem optischen Gitterpotential mit zweiatomiger Basis

122 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit stellt Experimente mit ultrakalten Bosonen in einem quadratischen optischen Gitter mit zweiatomiger Basis vor. In diesem Gitter ist die Potentialdifferenz zwischen benachbarten Gitterplätzen kontinuierlich einstellbar. Diese Eigenschaft des optischen Gitters wird genutzt, um einen durch strukturelle Änderung der Einheitszelle erfolgenden Übergang zwischen Suprafluid und Mott-Isolator zu untersuchen. Mit zunehmender Potentialdifferenz wird ein steiler Abfall der Kohärenz des Systems beobachtet. Umfangreiche Rechnungen zeigen, dass das System in verschiedene Mott-Isolator-Phasen mit asymmetrischer Besetzung der inäquivalenten Gitterplätze übergehen kann. Es können kritische Werte dieser Potentialdifferenz identifiziert werden, bei denen die Besetzung auf den flacheren Gitterplätzen vollständig verschwindet und der Kondensatanteil auf den tiefen Gitterplätzen verschwindend klein wird. In einem weiteren Experiment wird diese Gitterarchitektur genutzt, um Atome in das zweite Band des optischen Gitters anzuregen. In diesem bildet sich ein metastabiler suprafluider Zustand, der sich durch langreichweitige Kohärenz und lange Lebensdauern auszeichnet. Das zweite Band ist gekennzeichnet durch zwei inäquivalente Minima, deren energetischer Abstand experimentell einstellbar ist. Bei annähernder Entartung der Minima entspricht der Zustand minimaler Energie einer komplexwertigen kohärenten Überlagerung der Wellenfunktionen an diesen Bandminima. Ein Materiewellen-Interferenz-Experiment ermöglicht die Untersuchung des experimentell realisierten Zustands. Dazu wird in zwei räumlich getrennten Regionen jeweils ein Suprafluid im zweiten Band erzeugt. Während der Expansion interferieren diese Zustände miteinander und hinterlassen Interferenzsignaturen im Impulsspektrum, die den experimentellen Nachweis des komplexwertigen Ordnungsparameters ermöglichen.