ISBN 978-3-8439-2812-0

978-3-8439-2812-0, Reihe Physik

Arne Ewerbeck
Aufbau und Charakterisierung eines Zwei-Spezies-Experiments zur Erzeugung ultrakalter Quantengase

148 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2016), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Ultrakalte Quantengase in optischen Gittern haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einem bedeutenden und interdisziplinären Forschungsfeld entwickelt. Atome in periodischen Potentialen bieten unter anderem die Möglichkeit Modellsysteme zu präparieren, die grundlegende Fragestellungen der Festkörper- und Vielteilchenphysik untersuchen können. Ziel des in dieser Arbeit vorgestellten Experiments ist die Untersuchung von Fermionen in höheren Bändern optischer Gitter zu ermöglichen.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Zwei-Spezies-Experiment mit der Kombination aus 87Rb- und 40K-Atomen konzipiert und aufgebaut. Neben der Planung und Wahl der beiden beteiligten Isotope sowie der entsprechenden Atomquellen, ist ein wichtiger Aspekt der Planung, räumlich separierte magnetooptische Fallen realisieren zu können. Des Weiteren werden die eingesetzten Atomquellen vorgestellt und eine ausführliche Beschreibung und Charakterisierung des bestehenden Vakuumsystems gegeben. Mit insgesamt acht Lasern werden die verschiedenen Lichtfrequenzen für die Laserkühlung von Kalium und Rubidium bereit gestellt und durch entsprechende optische Bauelemente zum Ort der Atome geführt.

Darüber hinaus wird die Realisierung und Charakterisierung einer magnetooptischen Falle für 87Rb und ein magnetischer Transport in eine räumlich separierte Experimentumgebung vorgestellt. Dort besteht optischer Zugang für die benötigten Laserstrahlen, die eine gekreuzte Dipolfalle sowie ein optisches Gitter bilden. Neben der Planung des Spulendesigns wird der magnetische Transport im Experiment vorgestellt und diskutiert. Im Anschluss wird auf die experimentelle Implementierung und Umsetzung der zusätzlichen optischen Potentiale eingegangen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Realisierung eines Schleifen-Michelson-Interferometers, mit dem es möglich ist, ein quadratisches Gitter mit zweiatomiger Basis zu präparieren. Mit dieser Gittergeometrie ist es möglich Atome in höhere Bänder optischer Gitter zu transferieren und den orbitalen Freiheitsgrad zu adressieren.