Quantenmagnetismus in eindimensionalen Spinorgasen

• Antragsteller: Professor Dr. Luis Santos
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259364621

Ultrakalte atomare Gase bieten die Möglichkeit, stark korrelierte Systeme im Allgemeinen und insbesondere eindimensionale Gase, auf außerordentlich kontrollierte Weise zu untersuchen. Eindimensionale Systeme haben faszinierende, und in vielen Fällen der Intuition widersprechende Eigenschaften, welche innerhalb der Physik der kondensierten Materie seit vielen Jahren ein großes Interesse hervorrufen. Die Kontrolle der Wechselwirkungsstärke und der Dimensionalität ultrakalter Gase ermöglichte die Erzeugung stark wechselwirkender eindimensionaler Gase. Ein Meilenstein war die erstmalige Erzeugung eines Tonks-Girardeau Gases mit ultrakalten Atomen. Seit Kurzem werden in Heidelberg Experimente mit stark wechselwirkenden eindimensionalen Spin-1/2 Fermigasen durchgeführt, die sich durch eine einzigartige Kontrolle der Teilchenzahl, des Spin-Ungleichgewichts und der Wechselwirkungsstärke auszeichnen. Diese neuen Möglichkeiten haben ein starkes Interesse hervorgerufen. Die Heidelberger Experimente haben gerade erst begonnen die vielfältige Physik eindimensionaler multikomponenten Spinorgase aufzudecken. Wir haben kürzlich gezeigt, dass Spin-1/2 Gase unter passenden Bedingungen eine Spinkette bilden. Dies ermöglicht die Untersuchung von Quantenmagnetismus in einer Dimension ohne dass man dafür ein optisches Gitter benötigt. In diesem Projekt werden wir die Physik eindimensionaler stark wechselwirkender Spinorgase untersuchen. Zum einen werden wir uns auf die Detektion der Spinordnung in eindimensionalen Spin-1/2 Systemen konzentrieren. Diese Untersuchungen werden eine enorme Bedeutung für die laufenden Experimente der Heidelberger Gruppe haben, mit der wir eng kooperieren. Zum anderen werden wir neue Szenarien für eindimensionale Spinorgase untersuchen. Dies beinhaltet die Durchführung von Quantencomputing, die Untersuchung von Bose-Bose und Bose-Fermi Mischungen, die Untersuchung von Systemen, die aus Atomen mit größeren Spins bestehen, (sowohl Systeme mit SU(N)-Symmetrie als auch Systeme mit spinändernden Stößen), die Erzeugung und Untersuchung von Spinmodellen mit orts- und zeitabhängigen Kopplungen sowie die Bildung und die Eigenschaften von gebundenen Zuständen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen