Apparatur für Experimente mit einem atomaren, quantenentarteten Fermigas in zwei Dimensionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit dem Gerät werden ultrakalte Gase fermionischer Lithium Atome (Li-6) und bosonischer Li2 Moleküle hergestellt, mit denen wir im Anschluss experimentieren. Die bisherigen Arbeiten lassen sich in folgende Projektlinien einteilen: 1) Aufbau eines Quantengas-Mikroskops für ein 2-dimensionales, fermionisches Gas von Lithium Atomen. Eines der wichtigen Ziele unserer Apparatur ist die Untersuchung der Eigenschaften und der Dynamik eines ultrakalten, fermionischen Quantengases, das in einem optischen Gitter gehalten wird. Wir möchten verschiedene Quantenphasen untersuchen, insbesondere quantenkritische Phänomene. Dazu wird ein Quantengas-Mikroskop aufgebaut, das in der Lage ist, einzelne Atome gitterplatzaufgelöst nachzuweisen. Diese Technologie ist aufwändiger als zunächst von uns erwartet, da sie ein kompliziertes Kühlschema (Seitenbandkühlung) für die Atome im optischen Gitter erfordert. Bisher ist es uns gelungen, ein 2D Gas von Atomen zu bilden, das in ein optisches Honigwabengitter geladen wird. Wir können mit unserer Detektion einzelne Gitterplätze auflösen, aber noch nicht einzelne Atome nachweisen. Ein Seitenband-Lasersystem bei 671nm wurde aufgebaut, um die Atome zu kühlen. In parallelen Experimenten anderer Gruppen stellte sich heraus, dass sehr große Gittertiefen von etwa 1mK benötigt werden, um die gitterplatzaufgelöste Atomdetektion durchzuführen. Dazu reicht die Laserleistung unseres Lasers nicht aus und wir planen in Kürze einen entsprechenden Laser zu beantragen, um den Aufbau weiterführen zu können. 2) Untersuchungen der Paarbildung am BEC-BCS crossover. Li-6 Atome besitzen bei einem Magnetfeld von 834 G eine Feshbachresonanz, mit der man über das Magnetfeld die Wechselwirkungsstärke zwischen den Atomen einstellen kann. In der Umgebung der Feshbachresonanz haben wir die Paarung von Fermionen im Detail untersucht - in Abhängigkeit der Streulänge und der Temperatur. Auf der BEC Seite werden Rb2-Moleküle gebildet, während sich auf der BCS Seite Cooper-Paare bilden. Wir haben experimentell untersucht, bei welchen Temperaturen erste Paare gebildet werden und haben diese Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Weiterhin untersuchten wir die Eigenschaften der verschiedenen Paare bzgl. ihres „Molekülanteils“. Zusätzlich bestimmten wir die Bildungsraten von Paaren aus ungebundenen Atomen in Drei-Körper-Rekombination. 3) Second-sound in einem zwei-dimensionalen ultrakalten Fermigas. Neben den normalen Dichtewellen in einem Quantengas (first -sound) gibt es in einem Suprafluid auch den second-sound, der als Entropiewelle interpretiert werden kann. Für ultrakalte Fermigase wurde dieser second-sound kürzlich in einem drei-dimensionalen Gas nachgewiesen. Wir möchten erstmals second-sound in einem zwei-dimensionalen Gas beobachten. Hierzu gibt es bisher noch keine wissenschaftlichen Arbeiten, weder theoretisch noch experimentell. Eine Herausforderung dieses Experiments ist die vergleichsweise geringe Signalstärke des second-sound, insbesondere im zwei-dimensionalen Gas. Wir haben vor kurzem die bisherigen second-sound Experimente in einem drei-D Gas nachvollzogen und nähern uns nun schrittweise dem zwei-D Regime.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Holographic method for site-resolved detection of a 2D array of ultracold atoms, Appl. Phys. B 122:227 (2016)
D.K. Hoffmann, B. Deissler, W. Limmer, and J. Hecker Denschlag
