Ultrakalte Quantengase in höheren Bändern eines optischen Gitters mit präziser Bandstrukturkontrolle
Raphael Sebastian Eichberger
In dieser Arbeit wird ein neuartiges optisches Gitter für ultrakalte Quantengase aus 87Rb-Atomen und 40K-Atomen vorgestellt. Mit dieser neuen Apparatur werden Bose-Einstein-Kondensate (BEC) aus 2 x E5 Rubidiumatomen erzeugt und in das interferometrische, quadratische optische Gitter mit zweiatomiger Basis geladen. Aufgrund der Realisierung des Gitters in einem Michelson-Sagnac-Interferometer besteht eine präzise Kontrolle der Geometrie des Gitterpotentials: Es lässt sich die Potentialtiefendifferenz benachbarter Gitterplätze und die diskrete Gittersymmetrie einstellen bzw. reduzieren. Diese Kontrolle der relevanten Gitterparameter wird genutzt, um das BEC gezielt in höhere Bänder anzuregen und die Bandstruktur zu manipulieren. Es wurden BECs bis in das 22. Band angeregt und untersucht.
Die Besetzungsdifferenz der X-Punkte im zweiten Band wurde in Abhängigkeit der Gittersymmetrie vermessen und mit der Bandstruktur verglichen. Mit dieser Messung konnte der Winkel zwischen den Gitterstrahlen auf 90.255° bestimmt werden. Die Kontrolle der Bandstruktur ermöglicht es, im zweiten Band gezielt entweder eine chirale Phase – eine komplexe Superposition der p-Orbitale px ± i py – oder eine gestreifte Phase einzustellen.
Die Bandkreuzung zwischen dem zweiten, dritten und vierten Band wurde für verschiedene Einstellungen der Gittersymmetrie vermessen. Die präzise Kontrolle der Bandstruktur bietet die Möglichkeit, sowohl eine Bandberührung als auch eine Bandlücke zwischen den Bändern einzustellen. Die gemessen Bandabstände zeigen eine gute Übereinstimmung mit der Bandstrukturrechnung.
