Dokument: Interplay of driving, nonlinearity and dissipation in nanoscale and ultracold atom systems
| Titel: | Interplay of driving, nonlinearity and dissipation in nanoscale and ultracold atom systems | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3399 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20060518-001399-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Peano Cavasola, Vittorio [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Egger, Reinhold [Gutachter] PD Dr. Thorwart, Michael [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | offene Quantensysteme, Duffing Oszillator, ultrakalte Atome, magnetische Fallen, Streutheorie in einer Dimension, freitragende Kohlenstoff-Nanoröhrchenopen quantum systems, Duffing oscillator, ultracold atoms, magnetic waveguides, scattering theorie in one dimension, suspended carbon nanotubes | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | In dieser Arbeit wird das Zusammenspiel von Dekohärenz, nichtlinearen Effekten und Antrieb in verschiedenen physikalischen Situationen und Zusammenhängen untersucht. Das erste System ist der Duffing-Oszillator im tief quantenmechanischen Regime. In unserem Zugang beginnen wir mit einer Lösung des kohärenten Problems und berücksichtigen danach dissipative Effekte im Rahmen einer Floquet Born-Markovschen Mastergleichung. Sowohl analytische als auch numerische Berechnungen werden präsentiert, welche eine reiche Phänomenologie zeigen. Interessanterweise finden wir, dass (i) in Korrespondenz zu den kohärenten Multiphoton-Übergängen das dissipative System eine resonante Antwort zeigt, die außer Phase ist, oder, im Gegensatz dazu, eine antiresonante Antwort, die in Phase ist. Dieses Verhalten ist das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels zwischen Tunneln in einem effektiven bistabilen Quasipotentials und Dissipation. Des weiteren, (ii) legt die dynamische Bistabilität eine Trennung der Zeitskalen fest. Dieses Phänomen wird durch die Multiphoton-Resonanzen unterdrückt. An diesen Resonanzen kann der Oszillator zwischen zwei verschiedenen Konfigurationen durch Multiphoton-Tunnelübergänge umschalten. Als Konsequenz ergeben sich Resonanzen in der quantenmechanischen Relaxationsrate. Der Formalismus, der in diesem Zusammenhang entwickelt wurde, wird auf den bichromatisch angetriebenen dissipativen nichtlinearen Oszillator verallgemeinert. Eine weitere Klasse von untersuchten Systemen bilden die ultrakalten Atome in reduzierten Dimensionen in einem nichtlinearen Wellenleiter. Im Zentrum steht ein experimentell umsetzbarer Entwurf für die Realisierung von eindimensionalen ultrakalten Atomgasen in einem nanoskaligen magnetischen Wellenleiter, der durch einzelne doppelseitig eingespannte freitragende Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet wird. Wir zeigen, dass alle gängigen Dekohärenz- und Atomverlustmechanismen klein genug sind und einen stabilen Betrieb der Falle garantieren. Da die extrem großen Stromdichten in Kohlenstoff-Nanoröhrchen räumlich homogen sind, erlaubt unsere Architektur, ein sehr regelmäßiges nicht-parabolisches Fallenpotential für die Atomwolke zu erzeugen. Das Hinzufügen eines zweiten Nanodrahtes erlaubt, ein Doppelmuldenpotential mit einer moderaten Tunnelbarriere zu erzeugen, welches für Tunnel- und Interferenzexperimente wünschenswert ist, mit dem Vorteil, dass die Tunneldistanzen im Nanometerbereich liegen. Schließlich wenden wir uns der Zwei-Teilchen-s-Wellen-Streuung zu und lösen das Problem für ultrakalte Atomgase, die in beliebigen quasi-eindimensionalen Fallenpotentialen eingeschnürt sind. Außerdem werden zwei verschiedene Atomsorten zugelassen. Als Konsequenz faktorisieren die Schwerpunkts- und die Relativbewegung nicht mehr. Wir leiten Lösungen für die gebundenen Zustände her und erhalten die allgemeine Streulösung, die mehrere Resonanzen in der 1D Streulänge aufweist, welche durch die Einschnürung generiert werden. Wir wenden unseren Formalismus auf zwei experimentell relevante Fälle an: (i) Streuung zwischen Atomen verschiedener Sorten in einer zweikomponentigen Mischung, und (ii) das Zwei-Körper-Problem für eine Atomsorte in einer nicht-parabolischen Falle.In this thesis, the interplay of decoherence, nonlinear effects and driving is studied in different physical situations and contexts. The first system is the Duffing oscillator in the deep quantum regime. Our approach is to start from a solution of the coherent problem thereafter including the dissipative effects by means of a Floquet Born-Markovian master equation. Both analytical and numerical calculations are presented, revealing a rich phenomenology. Most interestingly, we find that (i) in correspondence to the coherent multiphoton transitions, the dissipative system displays an out-of-phase resonant response or, alternatively, an in-phase antiresonant one. These two behaviors are the result of a complex interplay between tunnelling in an effective bistable quasipotential and dissipation. Moreover, (ii) the dynamical bistability determines a separation of time scales. This phenomenon is suppressed by the multiphoton resonances. Around these resonances, the oscillator can switch between two different configurations via multiphoton tunnelling transitions. As a consequence, peaks in the quantum relaxation rate result. The formalism developed in this context is generalized to the bichromatic driven dissipative nonlinear oscillator. A further class of investigated systems consists of ultracold atoms in reduced dimensions in a nonlinear waveguide. Most importantly, we propose an experimentally viable setup for the realization of one-dimensional ultracold atom gases in a nanoscale magnetic waveguide formed by single doubly-clamped suspended carbon nanotubes. We show that all common decoherence and atom loss mechanisms are small guaranteeing a stable operation of the trap. Since the extremely large current densities in carbon nanotubes are spatially homogeneous, our proposed architecture allows to create a very regular non-parabolic trapping potential for the atom cloud. Adding a second nanowire allows to create a double-well potential with a moderate tunneling barrier which is desired for tunneling and interference experiments with the advantage of tunneling distances being in the nanometer regime. Finally, we address and solve the two-particle s-wave scattering problem for ultracold atom gases confined in arbitrary quasi-one-dimensional trapping potentials, allowing for two different atom species. As a consequence, the center-of-mass and relative degrees of freedom do not factorize. We derive bound state solutions and obtain the general scattering solution, which exhibits several resonances in the 1D scattering length induced by the confinement. We apply our formalism to two experimentally relevant cases: (i) interspecies scattering in a two-species mixture, and (ii) the two-body problem for a single species in a non-parabolic trap. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 18.05.2006 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 16.05.2006 | |||||||
| Datum der Promotion: | 16.05.2006 |
