German Title: Kohärente Mikromanipulation von 1-D BEC in designten Potentialen

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Abstract

The manipulation of quantum degenerate gases has seen a flourishing of results in the last years. One of the most used tools to create and address a Bose-Einstein condensate (BEC) is the atomchip: A lithographycally patterned surface on which gold conductors are used to generate magnetic fields. To fully realize what the atomchip has to offer the miniaturization of structures and the integration of different devices (resonators, light fields, permanent magnets) are key factors. We have devised a method to micro-engineer the trapping potentials by sculpturing the chip, overcoming some limitations of the lithographic process. Numerical simulations are done on model cases to show the potentials they generate. Experimental data collected on one of these microstructured geometries confirms the expectations and gives indications on the quality of its magnetic potential. We propose also a periodic structure allowing to observe a quantum phase transition between a BEC and a Mott insulator. A further possibility for expanding the capabilities of the atomchip is integrating light fields close to its surface. We generate an optical lattice on our chip and use it to realize an atomic beamsplitter. Coherent splitting of a BEC is observed.

Translation of abstract (German)

Die Manipulation von Quantengasen hat viele neue Resultate in den letzten Jahren hervorgebracht. Eines der am häufigsten benutzten Werkzeuge, um ein Bose-Einstein Kondensat (BEC) herzustellen und zu kontrollieren ist der Atomchip: Eine lithographisch hergestellte Oberfläche, auf der Goldleiter benutzt werden, um Magnetfelder zu erzeugen.Um die speziellen Möglichkeiten des Atomchips voll auszchöpfen zu können, benötigt man folgende Techniken: Miniaturisierung der Strukturen und Integration unterschiedlicher Vorrichtungen (Resonatoren, Lichtfelder, Permanent- Magneten). Wir haben eine Methode entwickelt um die Fallenpotentiale mikroskopisch zu strukturieren, indem wir die Oberfläche des Chips mit Hilfe einer Technologie bearbeitet haben, die die Grenzen des lithographischen Prozesses überwindet. Numerische Simulationen von Modellen wurden durchgeführt um die erzeugten Potentiale zu untersuchen. Experimentelle Daten von einer dieser Mikrostrukturen bestätigen die Erwartungen und zeigen die Qualität ihres magnetischen Potenzials. Wir schlagen auch eine periodische Struktur vor, die es ermöglichen soll, einen Quantenphasen Übergang zwischen BEC und Mott Isolator zu beobachten. Eine weitere Möglichkeit der Erweiterung der Fähigkeiten des Atomchips ist der Einbau von Lichtfeldern nahe der Oberfläche. Wir erzeugen ein optisches Gitter auf unserem Chip und benutzen es, um einen Atom-Strahlteiler zu verwirklichen. Dabei kann das kohärente Aufspalten eines BECs beobachtet werden.