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Rubidium Bose-Einstein-Kondensat in variablen optischen Gittern






Beugung von BECs an

Beugung von Bose-Einstein-Kondensaten an optischen Gittern unterschiedlicher Periodizität

 

 
Die gerichtete Bewegung der Atome in der Quantenratsche setzt sich zusammen aus den Beiträgen transportierender Eigenzustände (hier als Förderbänder dargestellt) mit jeweils unterschiedlichen mittleren Geschwindigkeiten.

 

edge state_ger.png

 

Links: Illustration der räumlichen Variation der Bandstruktur des optischen Gitters entlang der z-Achse. Bei z=0 erwartet man einen topologischen Randzustand. Rechts: Serie vertikal gebinnter Bilder für unterschiedliche relative Phasen der Raman Zustandspräparations-Lichtstrahlen. Maximale Ladeffizienz in den Randzustand wird für eine relative Phase von π/2 beobachtet.

 


Ultrakalte Atome können in periodischen Lichtpotenzialen gefangen werden. Die sich ergebenden Systeme, so genannte optische Gitter, stellen eine Art künstlicher Festkörper dar. Wir untersuchen die Bandstruktur von optischen Gittern variabler räumlicher Inversionssymmetrie und Form als Schritt zur Simulation der Vielfalt von Potenzialen, welche in der Natur an dem System von Elektronen in natürlichen Kristallen zu beobachten ist. In unserem Aufbau werden periodische Lichtpotenziale für ein Rubidium Bose-Einstein-Kondensat mit der Methode der Fourier-Synthese erzeugt. Für ein nahezu sägezahnförmiges Ratschenpotential verwenden wir die Überlagerung eines üblichen Stehwellengitters der räumlichen Periode λ/2 mit einem neuartigen Mehrphotonengitter der Periode λ/4.

Wir haben den Transport von Atomen in einem zeitlich getriebenen sägezahnförmigen Ratschenpotenzial untersucht. So konnte eine reibungsfreie Quantenratsche realisiert werden, bei der die Gleichrichtung von Quantenfluktuationen zu einem gerichteten Atomtransport führt. Gewissermaßen demonstriert dies das Grundprinzip mikroskopischer Quantenmotoren als Prototyp winziger Maschinen in Quantenbereich.

Das variable Gitter wurde auch verwendet, um die atomare Dispersionsrelation zu modifizieren. So lässt sich eine lineare, also relativistische, Dispersionsrelation realisieren, ähnlich wie bei Elektronen in Graphenmaterial, obwohl die Teilchengeschwindigkeit viele Größenordnungen unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegt. Mit einem quasi-relativistischem Bose-Einstein Kondensat im optischen Gitterpotential wurde Klein-Tunneln beobachtet, sowie in anderen Arbeiten auch eine Veselago-Linse für Materiewellen. Kürzlich haben wir in Zusammenarbeit mit der Kölner Theoriegruppe von A. Rosch mit einem optischen Gitter räumlich variabler Amplitude einen Randzustand zwischen zwei räumlichen Bereichen unterschiedlicher topologischer Ordnung realisiert. In dem topologischen Randzustand befindliche Atome konnten mit einem optischen Mikroskop direkt im Ortsraum beobachtet werden.

 
 
Einige Referenzen:

Fourier Synthesis of Conservative Atom Potentials
G. Ritt, C. Geckeler, T. Salger, G. Cennini und M. Weitz
Phys. Rev. A 74, 063622 (2006)

Atomic Landau-Zener tunneling in Fourier-synthesized optical lattices
T. Salger, C. Geckeler, S. Kling und M. Weitz
Phys. Rev. Lett. 99, 190405 (2007)
 
Directed Transport of Atoms in a Hamiltonian Quantum Ratchet
T. Salger, S. Kling, T. Hecking, C. Geckeler, L. Morales-Molina und M. Weitz
Science 326, 1241 (2009), arXiv: 0912.0102
 
Klein-Tunneling of a quasirelativistic Bose-Einstein condensate in an optical lattice
T. Salger, C. Grossert, S. Kling und M. Weitz
Phys. Rev. Lett. 107, 240401 (2011), arXiv:1108.4447
 
Veselago lensing with ultracold atoms in an optical lattice
M. Leder, C. Grossert und M. Weitz
Nature Communications 5, 3327 (2014), arXiv:1402:3132
 
C. Grossert, M. Leder, S. Denisov, P. Hänggi und M. Weitz
Nature Communications 7, 10440 (2016), arXiv: 1407.0605
  
M. Leder, C. Grossert, L. Sitta, M. Genske, A. Rosch und M. Weitz
Nature Communications 7, 13112 (2016), arXiv: 1604.02060

Einführender Artikel, gut für Studenten geeignet:
Quantenratsche für ultrakalte Atome
T. Salger und M. Weitz
Phys. Unserer Zeit 41, 110 (2010)




 
Letzte Aktualisierung am 30.01.2017
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