English Title: Experiments with microscopic atomoptical devices

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Experimente mit kalten thermischen Lithium-7-Atomen in miniaturisierten Fallen und Leitern durchgeführt. Die fallenerzeugenden geladenen und stromdurchflossenen Strukturen auf dem Atomchip sind bis zu 1 µm klein. Damit konnten Magnetfallen erzeugt werden, die sehr stark komprimiert sind (60 kG/cm), große Abstände der Energieniveaus aufweisen (etwa h*200 kHz) und extrem genau lokalisiert sind. Zum ersten Mal wurde ein magnetischer richtungsunabhängiger Atomleiter mit hohen Krümmungen auf dem Atomchip demonstriert. Monte-Carlo Simulationen zur Ausbreitung von Atomen in einem solchen Atomleiter stimmen sehr genau mit den experimentellen Daten überein. Erstmalig wurden Atomfallen aus kombinierten elektrischen und magnetischen Potentialen erzeugt. Mit diesen wurde ein kontrollierter Transport und ein Aufspalten und wieder Vereinen einer Atomwolke ermöglicht. Die getesteten Fallen und Leiter können u.a. zur Erzeugung symmetrischer Materiewelleninterferometer, stark anisotroper Fallen und zustandsabhängiger Fallen eingesetzt werden.

Translation of abstract (English)

This thesis describes experiments with cold thermal lithium-7 atoms in miniaturized traps and guides. The smallest size of the charge and current carrying structures that are used to produce the trapping potentials is 1 micron. The magnetic traps are strongly compressible (60 kG/cm), exhibit large energy level spacing (approx. h*200 kHz), and provide extreme atom localization. An omnidirectional magnetic atom guide with high curvature has been demonstrated for the first time. Monte-Carlo simulations accurately reproduce the experimentally observed expansion of atomic clouds in such a guide. A novel type of atom trap based on a combination of electric and magnetic potentials was designed. Trapping of atoms as well as splitting and recombining thermal atomic samples in these traps was demonstrated experimentally. In addition, a cloud of atoms was transported in a controlled way by means of dynamic electric fields. The tested traps and guides can, for example, be used to implement symmetric matter wave interferometers and highly anisotropic and state dependent trapping potentials.