Bose-Einstein-Kondensate in Mikrochip-Fallen
Bose-Einstein condensates in microelectronic chip-traps
Résumé
In der vorliegenden Arbeit wird die erstmalige Erzeugung eines
Bose-Einstein-Kondensates in einer Mikrochip-Falle beschrieben; dies ist eine Magnetfalle für Neutralatome, die mithilfe stromführender Leiterbahnen auf einem Chipsubstrat gebildet wird. Die Eigenschaften dieser Chipfallen, speziell die hohen
Magnetfeldgradienten und -krümmungen, haben es ermöglicht, die
Bose-Einstein-Kondensation in weniger als einer Sekunde Verdampfungskühlzeit zu erreichen, was rund eine Größenordnung schneller als in bisher verwendeten Magnetfallen ist
und ein Faktor drei schneller als auf dem bisher schnellsten Weg in einer optischen Dipolfalle. Damit verbunden sind die Ansprüche
an den experimentellen Aufbau, insbesondere das Vakuumsystem und
den Laseraufbau, deutlich gesunken.
Weiterhin wird der zerstörungsfreie Transport des Bose-Einstein-Kondensats entlang der Chipoberfläche über makroskopische Distanzen demonstriert wie auch erstmalig die Aufspaltung eines Kondensates in zwei getrennte Kondensate mit rein magnetischen Mitteln.
Diese Resultate, nämlich kohärente Materie in einem integrierten
atomoptischen System manipulieren zu können, lassen hoffen, daß in
naher Zukunft Anwendungen wie Atominterferometrie, Untersuchungen
zu niederdimensionalen Quantengasen und
Quanteninformationsverarbeitung 'on-chip' verwirklicht werden
können.
Bose-Einstein-Kondensates in einer Mikrochip-Falle beschrieben; dies ist eine Magnetfalle für Neutralatome, die mithilfe stromführender Leiterbahnen auf einem Chipsubstrat gebildet wird. Die Eigenschaften dieser Chipfallen, speziell die hohen
Magnetfeldgradienten und -krümmungen, haben es ermöglicht, die
Bose-Einstein-Kondensation in weniger als einer Sekunde Verdampfungskühlzeit zu erreichen, was rund eine Größenordnung schneller als in bisher verwendeten Magnetfallen ist
und ein Faktor drei schneller als auf dem bisher schnellsten Weg in einer optischen Dipolfalle. Damit verbunden sind die Ansprüche
an den experimentellen Aufbau, insbesondere das Vakuumsystem und
den Laseraufbau, deutlich gesunken.
Weiterhin wird der zerstörungsfreie Transport des Bose-Einstein-Kondensats entlang der Chipoberfläche über makroskopische Distanzen demonstriert wie auch erstmalig die Aufspaltung eines Kondensates in zwei getrennte Kondensate mit rein magnetischen Mitteln.
Diese Resultate, nämlich kohärente Materie in einem integrierten
atomoptischen System manipulieren zu können, lassen hoffen, daß in
naher Zukunft Anwendungen wie Atominterferometrie, Untersuchungen
zu niederdimensionalen Quantengasen und
Quanteninformationsverarbeitung 'on-chip' verwirklicht werden
können.
This thesis decribes for the first time the production of a Bose-Einstein condensate in a microelectronic chip trap. This kind of trap relies on magnetic fields generated by current carrying wires on a microelectronic chip. The properties of these traps, especially the high magnetic field gradients and curvatures, made it possible to achieve Bose-Einstein condensation in less than a second of evaporative cooling, which is about one order of magnitude less than the cooling time in usual magnetic traps and a factor of three less than the so-far fastest way in an optical dipole trap. For this reason, the experimental demands to reach Bose-Einstein condensation are significanntly lowered, especially the vacuum system and the laser setup are much simplified.
Furthermore, the Bose-Einstein condensate is non-destructively transported along the chip surface over macroscopic distances. Also, the condensate is being split into two condensates by magnetic means only for the first time.
These results, namely to manipulate coherent matter in an integrated atom-optical system, foreshadow various applications of chip traps in atom-interferometry, in investigations of low-dimensional quantum gases, and in quatum information processing.
Furthermore, the Bose-Einstein condensate is non-destructively transported along the chip surface over macroscopic distances. Also, the condensate is being split into two condensates by magnetic means only for the first time.
These results, namely to manipulate coherent matter in an integrated atom-optical system, foreshadow various applications of chip traps in atom-interferometry, in investigations of low-dimensional quantum gases, and in quatum information processing.
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