Physiker entwickeln völlig neue Methode für Atomfallen

13. Oktober 2013, 19:17
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Nicht optische Gitter sondern Supraleiter und Magnetfelder sollen ultrakalte Atome für quantenphysikalische Experimente festhalten

Damit Wissenschafter quantenphysikalische Phänomene in Festkörpern im Labor unter kontrollierten Bedingungen untersuchen können, werden heute hauptsächlich sogenannte optische Gitter eingesetzt. Mit dieser Methode wird mit mehreren, überkreuzten Lasern ein System von stehenden Wellen erzeugt. Im einem solchen Feld streben ultrakalte Atome zum jeweiligen Minimum und ordnen sich so symmetrisch an. Dabei entsteht eine Teilchenanordnung, die sich mit der Kristallstruktur von Festkörpern vergleichen lässt. Nun hat ein internationales Team unter Beteiligung von Innsbrucker Forschern eine völlig neue Methode vorgeschlagen, die auf Supraleiter und Magnetfelder setzt.

Im Magnetfeld gefangen

Wie Oriol Romero-Isart und seine Kollegen vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Innsbruck, sowie Forscher vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching und der Autonomen Universität in Barcelona in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" schreiben, sollen die Atome ausschließlich über Magnetfelder an ihrer Position festhalten werden. Dazu nutzen die Physiker einen Supraleiter, den ein von außen angelegtes Magnetfeld nur in Form von Wirbeln durchdringen kann.

Wird die Oberfläche des Supraleiters in regelmäßigen Abständen perforiert, erzeugt das Magnetfeld zahlreiche Wirbel, die gemeinsam ein eierkartonförmiges Feld erzeugen, ähnlich wie das optische Gitter. Ultrakalte Atome mit magnetischem Moment streben an jene Stellen mit dem schwächsten Feld und ordnen sich so regelmäßig an. Um zu verhindern, dass die Atome nach oben davonfliegen, muss nach dem Vorschlag der Physiker ein weiteres Magnetfeld von außen angelegt werden, mit dem die Teilchen über der Oberfläche des Supraleiters festgehalten werden.

Kleiner Abstand zwischen den Teilchen möglich

Damit realisieren die Physiker mit Hilfe von Magnetfeldern ein den optischen Gittern sehr ähnliches System, mit dem Vorteil, dass der Abstand zwischen den einzelnen Teilchen sehr viel kleiner sein kann. Auf dieser Basis realisierte Quantensimulatoren sollten deshalb gegenüber äußeren Störungen wesentlich stabiler und auch schneller sein. Darüber hinaus kann durch die gezielte Auswahl der Perforationen im Supraleiter die geometrische Form der Atomfalle frei gestaltet werden. "So können in Zukunft möglicherweise Eigenschaften von ultrakalten Atomen in Gitterstrukturen entdeckt werden, die in optischen Gittern noch nicht zu sehen waren", meint Romero-Isart. (red, derStandard.at, 13.10.2013)


Abstract
Physical Review Letters: Superconducting Vortex Lattices for Ultracold Atoms

  • Bei der neuen Methode bleiben ultrakalte Atome mit Hilfe von magnetischen Wirbeln an Ort und Stelle.
    illu.: j.p. ronzheimer/max-planck-institut für quantenoptik

    Bei der neuen Methode bleiben ultrakalte Atome mit Hilfe von magnetischen Wirbeln an Ort und Stelle.

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