Aufbau einer Apparatur zur Untersuchung ultrakalter Quantengase mit Spin-Freiheitsgrad in höheren Bändern eines optischen Gitters mit zweiatomiger Basis

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Ultrakalte Quantengase in optischen Gittern sind ein bedeutendes Forschungsfeld, da sie die Emulation grundlegender Modelle der Festkörperphysik ermöglichen. Diese Arbeit präsentiert ein neues Experiment mit Rb-87 und K-40, das bis zur Quantenentartung gekühlt wird. Die Atome werden in einer magneto-optischen Falle gefangen, dann in eine Magnetfalle umgeladen und in eine räumlich separierte Umgebung transportiert. Dort erfolgt die Umschaltung in eine optische Dipolfalle und anschließend in ein optisches Gitter, das als Michelson-Sagnac-Interferometer aufgebaut ist. Dieses erzeugt ein quadratisches Gitter mit dynamisch veränderbarer zweiatomiger Basis, was die Anregung der Atome in höhere Blochbänder ermöglicht. In diesem Aufbau wurden Atome bis ins 22. Blochband angeregt, und Lebensdauermessungen im ersten und zweiten Blochband durchgeführt. Im zweiten Blochband kann eine reell- oder komplexwertige Superposition präpariert werden, was die Untersuchung des Kondensationsprozesses und der Relaxation ermöglicht. Zudem kann der interne Freiheitsgrad der Atome manipuliert werden, um Spinor-Kondensate zu erzeugen. Es wird gezeigt, dass F=2 Spinor-Kondensate präpariert werden können, und es werden Messungen zu Rabi- und Ramseyoszillationen vorgestellt. Erstmals wurde ein Spinor-Kondensat im zweiten Blochband präpariert und dessen Zerfall beobachtet.