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Development, Fabrication and Characterisation of Atom Chips

Groth, Sönke

German Title: Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von Atom Chips

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Abstract

Atom chips are robust and extremely powerful toolboxes for quantum optical experiments, since they make it possible to create exceedingly precise magnetic traps for neutral atoms with minimal field modulations. Accurate manipulation of trapped atoms is feasible with magnetic and electric fields created on the atom chip. Therefore atom chips with high quality surfaces and extremely well defined wires were build (roughness < 20nm). Furthermore new generations of atom chips were developed, like the multi-layer atom chip with contact-free wire crossings, the sub-micron structured atom chip and the semiconducting atom chip. Extensive characterisation measurements of atom chip wires demonstrated that the wires stand current densities of up to 10^7A/cm^2 for seconds and voltage differences of more than 500V over 10µm. From the different materials tested doped silicon with a thin silicon dioxide layer is the best qualified substrate for atom chip fabrication. The atom chips fabricated during this thesis have been used in many successful experiments, yielding numerous results. Moreover this thesis established the basics for many further experiments in atom physics and quantum optics and delivers complete instructions for the fabrication of all developed atom chips as well as an introduction to the experiments.

Translation of abstract (German)

Atom Chips sind die Grundlage für viele quantenoptische Experimente, da sie die Erzeugung von sehr genau definierten magnetischen Fallen für neutrale Atome mit minimalen Feldmodulationen ermöglichen. Die präzise Manipulation der Atome wird durch auf dem Atom Chip erzeugte magnetische sowie elektrische Felder ermöglicht. Dafür wurden im Rahmen dieser Arbeit Atom Chips mit einer sehr hohen Oberflächenqualität und präzise definierten Drähten von < 20nm Rauhigkeit hergestellt. Desweiteren wurden neue Generationen von Atom Chips mit sich kontaktfrei kreuzenden Drähten, Atom Chips mit Drahtabmessungen im Bereich von 100nm sowie Atom Chips aus halbleitenden Materialien enwickelt. Umfangreiche Messungen zur Charakterisierung der aufgedampften Drähte haben ergeben, dass diese Stromdichten bis zu 10^7A/cm^2 unbeschadet über Sekunden leiten und Spannungsunterschieden von über 500V zwischen 10µm widerstehen. Dabei stellte sich dotiertes Silizium mit einer dünnen Siliziumdioxid Schicht als das für Atom Chips geeignetste Substrat heraus. Mit den in dieser Arbeit hergestellten Atom Chips konnten viele Experimente erfolgreich durchgeführt werden. Darüber hinaus hat diese Arbeit die Grundlage für viele weitere Experimente auf dem Gebiet der Atomphysik und der Quantenoptik geschaffen. Detailierte Anleitungen zum Bau aller entwickelten Atom Chips und Erklärungen der zugehörigen Experimente werden dargestellt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schmiedmayer, Professor Jörg
Date of thesis defense: 15. November 2006
Date Deposited: 16. Nov 2006 13:24
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Rubidiumatom, Chip, Mikro-Scale
Uncontrolled Keywords: Bose-Einstein-Condesat
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