Quantendynamik stark korrelierter RbCs Quantengase

• Antragsteller: Professor Dr. Hanns-Christoph Nägerl
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258183570

Ultrakalte Atome und Moleküle, die in Gitterpotentialen eingefangen sind, bieten zahlreiche Möglichkeiten zur kontrollierten Präparation und Untersuchung stark korrelierter Quanten-Vielteilchensysteme. Für Atome mit ihrer Kontaktwechselwirkung waren die experimentelle Realisierung des Hubbard-Modells und die Beobachtung des Phasenübergangs vom suprafluiden Zustand zum Mott-Isolator Meilensteine. Moleküle haben das Potenzial, das Spektrum stark korrelierter Quantensysteme, die untersucht werden können, sehr zu erweitern. Insbesondere dipolare Moleküle mit ihrer langreichweitigen und orientierungsabhängigen elektrischen Dipol-Dipol-Wechselwirkung bieten die Möglichkeit, neuartige Formen der Suprafluidität und interessante Vielkörper-Grundzustände wie z.B. dipolare Kristalle, suprasolide Phasen, fraktionale Mott-Isolatoren, und Quantenmagnete in Verbindung mit neuartigen Quantenphasenübergängen und allgemein Nicht-Gleichgewichts-Quanten-Vielteilchen-Dynamik zu realisieren.Dieses Projekt zielt darauf ab, die Dynamik ultrakalter bosonischer Quantengase von dipolaren RbCs-Grundzustandsmolekülen zu untersuchen, die sich in ein- und zweidimensionaler Geometrie im Zusammenspiel mit Gitterpotentialen ergibt. Die molekularen RbCs-Dipole, die am Anfang des Erzeugungsprozesses aus Atompaaren hergestellt werden, befinden sich an einzelnen Gitterplätzen eines optischen Gitters bei hohem Füllfaktor und werden in den Regimes der eingefrorenen Spins (d. h. fixe räumliche Position in dem Gitter) und der mobilen Dipole untersucht. Unsere Arbeit hat zum Ziel, neuartige Vielteilchen-Spinmodelle mit möglichen Anwendungen auf dem Gebiet der Quantensimulation zu realisieren und die Stabilität, die Dynamik und die Relaxationsprozesse für diese Quantenvielteilchensysteme zu untersuchen. Insbesondere zielt unser Projekt darauf ab, experimentell die dynamischen Prozesse zu testen, die durch das erweiterte Hubbard-Modell beschrieben werden, d.h. das Hubbard-Modell, das durch Terme ergänzt ist, welche die langreichweitige Wechselwirkung modellieren. Das Projekt wird auf der Basis einer bestehenden Rb-Cs-Quantengasgemisch-Apparatur durchgeführt. Diese Apparatur wurde über mehrere Jahre hinweg im Rahmen des österreichischen SFB FoQuS entwickelt. Als Grundlage der geplanten Experimente konnte effizienter Grundzustandstransfer implementiert sowie ein hoher molekularer Füllfaktor in einem dreidimensionalen Gitterpotential realisiert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2247: From few to many-body physics with dipolar quantum gases
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)