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One-dimensional Bose-Einstein condensates in micro-traps

Wildermuth, Stephan

German Title: Eindimensionale Bose-Einstein Kondensate in Mikrofallen

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Abstract

A novel wire-based magneto-optical trap has been demonstrated which enables to collect up to 3x10^8 cold atoms close to the reflecting surface of an atom chip. These atoms are subsequently transferred to micro-traps generated by wires mounted on the atom chip and Bose-Einstein condensation has been achieved. The Bose-Einstein condensates (BECs) created in the micro-traps form in the one-dimensional Thomas-Fermi regime. The cross-over between three-dimensional and one-dimensional BECs has been investigated by monitoring the transverse size of the BEC after ballistic expansion. Good agreement to theory has been found. As an application, one-dimensional BECs have been used to implement a microscopic magnetic field sensor. This sensor enables field measurements in a region which is not accessible for today's state-of-the-art sensors. A field sensitivity of 4 nT at a spatial resolution of 3 micrometer has been demonstrated. To investigate the phase-properties of a one-dimensional BEC, coherent splitting of a one-dimensional BEC has been achieved and interferometry on an atom chip has been demonstrated.

Translation of abstract (German)

Eine neuartige auf einem stromführenden Draht basierende magneto-optische Falle wurde entwickelt und mit ihr bis zu 3x10^8 kalte Atome in der Nähe einer reflektierenden Oberfläche eines Atomchips gefangen. Diese Atome wurden schrittweise in Mikrofallen umgeladen, die von Drähten auf dem Atomchip erzeugt werden. In diesen Fallen wurden Bose-Einstein Kondensate (BEK) hergestellt, die sich im eindimensionalen Thomas-Fermi Regime befinden. Der Übergang von dreidimensionalen zu eindimensionalen BEK wurde studiert, indem die transversale Größe der BEK nach ballistischer Expansion vermessen wurde. Die Ergebnisse dieser Messung zeigen gute Übereinstimmung mit der Theorie. Als Anwendung der eindimensionalen BEK wurde ein mikroskopischer Magnetfeldsensor entwickelt. Dieser Sensor ermöglicht Magnetfeldmessungen in einem Bereich, der für heute gebräuchliche Magnetfeldsensoren nicht zugänglich ist. Eine Feldsensitivität von 4 nT wurde bei einer räumlichen Auflösung von 3 Mikrometern erreicht. Zur Vermessung der Phaseneigenschaften eines eindimensionalen BEK wurde dieses kohärent aufgespalten und darauf aufbauend ein Interferometer auf dem Atomchip entwickelt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schmiedmayer, Prof. Jörg
Date of thesis defense: 19. October 2005
Date Deposited: 07. Nov 2005 13:37
Date: 2005
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Magnetfeldsensor, Bose-Einstein-Kondensation, Atomphysik, Quantenoptik
Uncontrolled Keywords: Atomchip , Mikrofallenatom chip , quantum optics , micro-traps , magnetic field sensor , Bose-Einstein condensate
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