FAQ
© 2017 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-84070
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8407/


Optical Potentials for the Realization of Dissipative Fermi-Hubbard Models with Ultracold Ytterbium Atoms

Optische Potentiale für die Realisierung von Dissipativen Fermi-Hubbard Modellen mit ultrakalten Ytterbium Atomen

Hundt, Bastian

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (4.043 KB) 


SWD-Schlagwörter: Bose-Einstein-Kondensation , Fermi-Gas , Laserkühlung , Atomphysik , Quantenoptik
Freie Schlagwörter (Deutsch): Optische-Gitter , Ultrakalte-Atome
Freie Schlagwörter (Englisch): Optical-Lattice , Ultracold-Atoms
Basisklassifikation: 33.05 , 33.38 , 33.23 , 33.30
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Sengstock, Klaus (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.11.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 02.03.2017
Kurzfassung auf Englisch: Quantum gases of Alkaline-Earth like (AEL) atoms like Ytterbium provide novel and intricate new features which make them particularly interesting for the investigation of quantum many-body physics. Their rich level structure gives rise to long-lived meta-stable states and the possibility to create state-selective optical lattice potentials. Ytterbium is a particular well-suited species because it offers all benefits of AELs including multiple stable fermionic as well as bosonic isotopes.
In this thesis, the setup of a quantum gas machine capable of producing ultracold samples of different isotopes of Ytterbium is presented. A new bichromatic, three beams optical dipole trap which realizes deep initial trapping with high trap frequencies, while still able to create an ultracold sample with low average trap frequencies of ω = 2π × 36 Hz is implemented. Pure Bose-Einstein condensates with up to N = 2·10^5 and degenerate Fermi gases with six spin components with up to 1·10^5 atoms at T/TF = 0.18 are realized.
For the study of strongly correlated many-body systems a new optical lattice setup is presented which consists of two substructures: a one-dimensional lattice used for addressing the meta-stable state and a two-dimensional lattice formed by three interfering laser beams creating a triangular lattice structure. The lattice is operated at the magic wavelength thereby suppressing intensity dependent broadening and shifting of the clock transition. The beam shaping optics of the lattice are carefully characterized and found to provide a very homogeneous phase front with phase front deviations significantly below ∆φ = λ/4. Parametric heating, as well as lattice modulation spectroscopy, is used to determine the depth of the lattice.
A new scheme based on a rapid-adiabatic passage on the meta-stable state transition allows efficient and reliable meta-stable state preparation. Due to two-body losses a significant difference in the adiabatic passage particle number dynamics for a spin polarized fermionic sample and a sample consisting of atoms in six spin-states is found. The polarized gas shows a high transfer efficiency while the spin state mixture shows a particle number dependent efficiency loss. This loss is explained in terms of doubly occupied lattice sites and compared to the theoretical ground state atomic distribution. To independently detect the number of excited state atoms a new detection system for the meta stable state atoms based on a repumping is implemented.
By loading atoms in the meta-stable state into 1D-lattice tubes a dissipative Fermi-Hubbard model is realized. By observing the time evolution of the particle number for a spin mixture a significant deviation from a simple two-body loss model is observed. This is attributed to an effective decrease in nearest neighbor particle correlation function g^(2) on the order of a factor of five.
The here presented quantum gas machine and the developed techniques for preparation and detection of excited state Ytterbium atoms is an ideal starting point for the investigation of strongly correlated quantum many-body models and the study of dissipative Fermi-Hubbard systems.
Kurzfassung auf Deutsch: Quantengase aus Erdalkali-ähnlichen Atomen, wie z.B. Ytterbium, besitzen komplexe atomare Ei- genschaften. Sie sind hervorragend geeignet, neuartige quanten viel-teilchen Systeme zu untersu- chen. Die komplexe Energie-Niveau Struktur führt zu metastabilen Zuständen und der Möglichkeit zustandsabhängige Optische Gitter zu erzeugen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung und Untersuchung von Ytterbium Quantengasen, sowohl fermionischer als auch bosonischer Spezies. Dafür wird neben dem Aufbau zur Kühlung von kalten Ytterbium-Gasen insbesondere die optische Dipolfalle beschrieben. Diese Falle erlaubt das effiziente fangen der Atome aus der Magneto-Optischen-Falle während gleichzeitig niedrige mittlere Fallenfrequenzen von ω = 2π × 36 Hz realisiert werden. Mit dieser Falle werden Bose-Einstein Kon- densate mit N = 2 · 10^5 Teilchen und Entartete Fermi-Gase mit bis zu 1 · 10^5 bei einer Temperatur von T/TF = 0.18 erzeugt.
Das neu aufgebaute optische Gitter besteht aus zwei Substrukturen: ein ein-dimensionales Git- ter welches insbesondere zur Anregung des metastabilen Zustands benötigt wird, sowie ein zwei- dimensionales welches aus drei interferierenden Strahlen besteht und eine dreieckige oder heaxa- gonale Gitterstruktur erzeugt. Das Gitter wird durch einen Laser erzeugt der nahe der magischen Wellenlänge operiert. Dies unterdrückt Intensitäts abhängige verschiebung und verbreiterung des ultraschmalen optischen Übergangs. Die Phasenfronten die von der Strahlformungsoptik für das Gitter mit dreieckiger Struktur erzeugt werden, werden mittels eines Interferometrischen Aufbaus untersucht und Verzerrungen kleiner ∆φ = λ/4 ermittelt. Parametrisches Heizen als auch Gitter Modulations Spektroskopie wird genutzt um die Gittertiefe zu bestimmen.
Die Erzeugung von Ytterbium Gasen im Metastabilen Zustand ist ein zentrales anliegen dieser Ar- beit. Dazu wurde ein neues Verfahren entwickelt, welches auf einem schnellen adiabatischen Trans- fer mittels des optischen Übergangs in den Metastabilen Zustand realisiert wurde. Durch Zwei- Körper Verluste wird ein signifikanter unterschied in der Transfereffizienz zwischen einem Spin- Polarisierten Gas und einer Spin-Mischung festgestellt. Dieser Unterschied wird durch doppelt be- setzte Gitterplätze erklärt. Die experimentellen Daten passen qualitativ gut zu einem theoretischen Grundzustandsdichte-Modell. Um die Teilchenzahl im angeregten Zustand zu bestimmen wurde ein neues Detektions-System für die metastabilen Atome auf Basis eines Rückpumpers entwickelt und charakterisiert.
Durch das Laden von metastabilen Atomen in ein ein-dimensionales optisches Gitter und unter Aus- nutzung der Zweikörper-Verluste, wird ein dissipatives Fermi-Hubbard Modell untersucht. Die beob- achtete Teilchenzahldynamik einer Spin-Mischung weicht deutlich von einem einfach Zwei-Körper- Verlustmodell ab. Dies wird durch eine Abnahme der nächsten-nachbarn Korrelations-Funktion g^(2) um einen Faktor fünf erklärt.
Der hier dargestellte experimentelle Aufbau zum Realisieren von ultrakalten Ytterbium Gasen sowie die entwickelten Methoden zur Erzeugung und Detektion von Gasen aus metastabilen Ytterbium Atomen sind ein idealer Ausgangspunkt um stark korrelierte Quanten Viel-Teilchen Systeme und dissipative Fermi-Hubbard modelle zu untersuchen.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende