Niedrig-dimensionale Quantengase auf Atomchips

Niedrig-dimensionale Quantensysteme besitzen spektakuläre Eigenschaften und Zustände, welche in 3D Systemen nicht auftreten. Beispiele sind der Quanten-Hall-Effekt in 2D Elektronengasen oder die quantisierte Leitfähigkeit in 1D Nano-Drähten. Derartige Phänomene stimulieren einerseits grundlegende Untersuchungen an stark lokalisierten Quantensystemen, führen darüber hinaus jedoch zu konkreten industriellen Anwendungen wie Präzisions- Magnetfeldmessung oder Nano-Elektronik. Das vorgestellte Projekt zielt auf die Untersuchung offener fundamentaler Fragen im Bereich niedrig- dimensionaler Quantensysteme, welche unter den Stichworten Dimensionalität, Integrabilität und Dynamik zusammengefasst werden. Eindimensionale ultrakalte atomare Quantengase auf Atomchips stellen ein ideales Modell- und Testsystem zur Untersuchung derartiger Fragestellungen dar. An einem neuartigen experimentellen Aufbau sollen bosonische und fermionische Quantengase sowie Bose-Fermi-Mischungen über einen weiten Parameterbereich studiert werden. Die Fragestellungen im Bereich Dimensionalität untersuchen Gleichgewichtseigenschaften degenerierter Quantengase am Übergang 3D-1D. Hauptziel ist die Erarbeitung einer klaren Definition für die Dimensionalität des Quantensystems für Bosonen und Fermionen. Der Themenkomplex Integrabilität beschäftigt sich mit der Thermalisierung bosonischer und fermionischer Quantengase sowie ihrer Mischungen und untersucht die Frage, ob und wie integrable Systeme einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand erreichen. Im Bereich Dynamik werden Tunneldynamiken gekoppelter eindimensionaler Bose-Gase untersucht. In Bose- Fermi-Mischungen sollen Solitonen erzeugt und studiert werden, insbesondere im Hinblick auf deren Kollisionen sowie Interferometrie und Präzisionsmessung mit Solitonen. Ziel des vorgestellten Projektes ist es, eindimensionale atomare Quantengase als universelles Modellsystem und "Quantensimulator" für verschiedenste niedrig-dimensionale Systeme zu etablieren, neue Methoden zu ihrer Untersuchung zu finden und grundlegende offene Fragen zu beantworten. Die Atomchip-Technologie kann dazu einen ähnlichen Beitrag leisten, wie es "optische Kristalle" zur Untersuchung von Festkörpersystemen tun. Im Hinblick auf Anwendungen werden wir Materiewellen-Interferometrie über einen weiten Parameterbereich testen und optimale Bedingungen für Präzisionsmessungen bestimmen. Die Realisierung und Charakterisierung von Solitonen in Bose-Fermi-Mischungen bereitet den Weg für spätere Untersuchungen von Solitonen-Interferometrie und Solitonen-Oberflächen-Wechselwirkung.

Niedrig-dimensionale Quantensysteme besitzen spektakuläre Eigenschaften und Zustände, welche in 3D Systemen nicht auftreten. Beispiele sind der Quanten-Hall-Effekt in 2D Elektronengasen oder die quantisierte Leitfähigkeit in 1D Nano-Drähten. Derartige Phänomene stimulieren einerseits grundlegende Untersuchungen an stark lokalisierten Quantensystemen, führen darüber hinaus jedoch zu konkreten industriellen Anwendungen wie Präzisions- Magnetfeldmessung oder Nano-Elektronik. Das vorgestellte Projekt zielt auf die Untersuchung offener fundamentaler Fragen im Bereich niedrig-dimensionaler Quantensysteme, welche unter den Stichworten Dimensionalität, Integrabilität und Dynamik zusammengefasst werden. Eindimensionale ultrakalte atomare Quantengase auf Atomchips stellen ein ideales Modell- und Testsystem zur Untersuchung derartiger Fragestellungen dar. An einem neuartigen experimentellen Aufbau sollen bosonische und fermionische Quantengase sowie Bose-Fermi-Mischungen über einen weiten Parameterbereich studiert werden. Die Fragestellungen im Bereich Dimensionalität untersuchen Gleichgewichtseigenschaften degenerierter Quantengase am Übergang 3D-1D. Hauptziel ist die Erarbeitung einer klaren Definition für die Dimensionalität des Quantensystems für Bosonen und Fermionen. Der Themenkomplex Integrabilität beschäftigt sich mit der Thermalisierung bosonischer und fermionischer Quantengase sowie ihrer Mischungen und untersucht die Frage, ob und wie integrable Systeme einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand erreichen. Im Bereich Dynamik werden Tunneldynamiken gekoppelter eindimensionaler Bose-Gase untersucht. In Bose-Fermi- Mischungen sollen Solitonen erzeugt und studiert werden, insbesondere im Hinblick auf deren Kollisionen sowie Interferometrie und Präzisionsmessung mit Solitonen. Ziel des vorgestellten Projektes ist es, eindimensionale atomare Quantengase als universelles Modellsystem und "Quantensimulator" für verschiedenste niedrig-dimensionale Systeme zu etablieren, neue Methoden zu ihrer Untersuchung zu finden und grundlegende offene Fragen zu beantworten. Die Atomchip-Technologie kann dazu einen ähnlichen Beitrag leisten, wie es "optische Kristalle" zur Untersuchung von Festkörpersystemen tun. Im Hinblick auf Anwendungen werden wir Materiewellen-Interferometrie über einen weiten Parameterbereich testen und optimale Bedingungen für Präzisionsmessungen bestimmen. Die Realisierung und Charakterisierung von Solitonen in Bose-Fermi-Mischungen bereitet den Weg für spätere Untersuchungen von Solitonen-Interferometrie und Solitonen-Oberflächen-Wechselwirkung.