Dokument: Sympathetische Kühlung von Ytterbium mit Rubidium
| Titel: | Sympathetische Kühlung von Ytterbium mit Rubidium | |||||||
| Weiterer Titel: | Sympathetic cooling of ytterbium with rubidium | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=6527 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20071214-111511-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Tassy, Sven [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Görlitz, Axel [Gutachter] Prof. Dr. Schiller, Stephan [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Quantenoptik, Quantengase, ultrakalte Moleküle, Streulänge, Ytterbium, Rubidium, Laserkühlung, optische Dipolfalle, Streulänge | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Das Thema dieser Arbeit ist die Erzeugung und Charakterisierung eines Gemischs aus ultrakalten Ytterbium- und Rubidiumatomen. Im Rahmen der Arbeit konnte erstmals die sympathetische Kühlung von Ytterbium mit Rubidium demonstriert werden. In detaillierten Studien wurde zeitaufgelöst das Thermalisierungsverhalten der bosonischen Isotope 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb und des fermionischen 171Yb jeweils mit 87Rb unter verschiedenen experimentellen Bedingungen untersucht. Aus den Messungen konnten die folgenden Werte für der Betrag der Interspezies-Streulänge |a_(Yb-Rb)| ermittelt werden (in Einheiten des Bohr'sches Radius a_0):
170Yb--87Rb 18 (+12) (-4) 171Yb--87Rb 25 (+14) (-7) 172Yb--87Rb 33 (+23) (-7) 174Yb--87Rb 83 (+89) (-25) 176Yb--87Rb 127 (+245) (-45) Die Werte sind aufgrund von systematischen Unsicherheiten bei der Bestimmung relevanter experimenteller Parameter mit großen absoluten Fehlern behaftet, wobei insbesondere die Ungenauigkeit bei der Bestimmung des räumlichen Überlapps der Atomwolken eine große Rolle spielt. Die statistischen Fehler der Auswertung sind erheblich kleiner, sodass die Werte einen guten relativen Vergleich der Interspezies-Stoßeigenschaften erlauben. Die beobachtete Massenabhängigkeit der Beträge der Streulängen deutet darauf hin, dass das Vorzeichen der Interspezies-Streulänge wahrscheinlich für alle Ytterbiumisotope negativ ist, was einer attraktiven Wechselwirkung mit Rubidium entspräche. Eine eindeutige Aussage über das Vorzeichen ist bei der angewendeten Methode der Bestimmung der Streulänge jedoch prinzipiell nicht möglich. Die gewonnenen Erkenntnisse stellen einen guten Ausgangspunkt für weitere Arbeiten mit gemischten Quantengasen und für die Erzeugung ultrakalter heteronuklearer Moleküle dar. Für diese Experimente ist eine neuartige Fallengeometrie entwickelt worden, die die Untersuchung von Gemischen aus zwei atomaren Spezies ermöglicht, die wie das diamagnetische Ytterbium und das paramagnetische Rubidium unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Dabei werden die Ytterbiumatome optisch und die Rubidiumatome magnetisch gefangen. Die optische Falle für Ytterbium wird in Form einer bichromatischen optischen Dipolfalle ausgeführt, die aus zwei überlagerten Einstrahlfallenverschiedener Wellenlänge besteht. Bei geeigneter Wahl der Wellenlängen und Fokusgrößen gleichen sich für Rubidium die optischen Potenziale weitgehend aus, sodass der Einschluss der Rubidiumatome in erster Näherung ausschließlich durch das magnetische Potenzial bestimmt wird. Diese Fallenkonfiguration erlaubt die unabhängige Präparation der beiden Ensembles mit individuellen Fallenparametern und die unabhängige Manipulation der Atomwolken, wodurch der Kontakt zwischen den Spezies gezielt kontrolliert werden kann. Damit steht ein flexibles und leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügung, das vielfältige Experimente im System Ytterbium-Rubidium erlaubt und darüber hinaus leicht auf andere Elementkombinationen mit ähnlichen magnetischen Eigenschaften übertragbar ist.Within the scope of this thesis, a mixture of ultracold ytterbium and rubidium atoms was experimentally realized and investigated. Sympathetic cooling of ytterbium through collisions with rubidium could be demonstrated for the first time. Detailed studies of the thermalization of bosonic 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb and of fermionic 171Yb each with 87Rb were performed under varying experimental conditions. The interspecies scattering length could be derived from the measured thermalization data and was found to be (in units of the Bohr radius a_0): 170Yb--87Rb 18 (+12) (-4) 171Yb--87Rb 25 (+14) (-7) 172Yb--87Rb 33 (+23) (-7) 174Yb--87Rb 83 (+89) (-25) 176Yb--87Rb 127 (+245) (-45) The absolute accuracy shown is strongly limited by the uncertainty of several relevant experimental parameters, mainly by the uncertainty of the real spatial overlap of the two atomic clouds. Due to clearly smaller statistical errors, these values nevertheless allow for a good comparison of the relativscattering properties of the investigated isotopes. The observed mass scaling can be assumed to indicate that the scattering lengths of all isotopes are probably negative, which would indicate an attractive interspecies interaction. The method applied does not allow for a definite conclusion on the sign of the scattering length, however. The first results on the interspecies scattering lengths open the prospect of realizing a novel kind of quantum degenerate mixture which will be a good starting point for the creation of heteronuclear molecules. For these experiments, a novel trapping geometry has been developed which allows to investigate mixtures of two species with different magnetic properties as ytterbium and rubidium. In this trap, diamagnetic ytterbium is trapped optically and paramagnetic rubidium magnetically. The trap for ytterbium is realized as a bichromatic optical dipole trap which consists of two superimposed single beam traps employing laser light at different wavelengths. By choosing the right wavelengths, waist sizes and laser powers for the trapping beams, the effect of the light fields on rubidium can be minimized, so that to lowest order only the magnetic potential has to be taken into account. Therefore, this trap configuration allows for the independent preparation of the two samples with individual trap parameters, and for the independent manipulation of the atomic clouds, which permits controlling the contact between the two species in a defined way. This trap presents a powerful and flexible tool for various studies with ytterbium and rubidium, and can easily be adapted for other combinations of atomic species with similar magnetic properties. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Experimentalphysik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 12.12.2007 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.12.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 14.12.2007 | |||||||
| Datum der Promotion: | 14.12.2007 |
