German Title: Bose-Einstein Kondensate in magnetischen Doppelmuldenpotentialen

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Abstract

This thesis presents two realizations of magnetic double well potentials for Bose-Einstein condensates (BECs) on atom chips. One approach utilizes static magnetic traps, created by current carrying micro wires, manipulating the atoms close to the chip surface. As in all other atom chip experiments, cold atom clouds are found to break up to pieces in the vicinity of the trapping structure. A careful study of the underlying magnetic potential could attribute this fragmentation to current deviations, caused by corrugation of the wire edges. To avoid this effect, a new fabrication technique (electron beam lithography, gold evaporation) was employed to create 700nm cross section wires of significantly improved quality. A BEC was created and successfully transferred to the sub-micron structure, generating the double well. The general qualification of the device could be demonstrated by splitting cold thermal atomic clouds. However, numerous technical problems do yet prevent us from performing the experiment with BECs. The second approach pursued in this thesis combines static magnetic traps with oscillating (RF) magnetic fields and realizes a double well in the emerging adiabatic dressed potential. This scheme can be realized far from the chip surface, fragmentation does not occur and Bose-Einstein condensates could be split successfully. We realize a matter wave interferometer by recombining the two clouds in free expansion. The arising interference patterns reveal a narrow distribution of the relative phase, indicating a coherent splitting process. We monitor the phase evolution throughout and after the splitting and control it by deliberately unbalancing the double well.

Translation of abstract (French)

Ce manuscrit présente deux réalisations d’un double puit magnétique pour des condensats de Bose-Einstein (CBE) sure une puce atomique. Une approche utilise des pièges statiques, crées par des micro fils (en amènent ?) manipulant les atomes proche a la surface de la puce. Comme dans toute manipes, on observe une fragmentation du nuage atomique, quand on approche les atomes vers la structure piégeant. Cet effet était expliqué par une déviation du courant dans le fil à cause d’une rugosité des bords. Pour éviter la fragmentation, une nouvelle technique de fabrication (lithographie a faisceaux a électrons, évaporation d’or) a été utilisé pour créer des fils d’un section de 700nm et une qualité amélioré. Un CBE a été crée et chargé dans le double puit généré par la nano structure. On a testé le double puit comme séparatrice avec des atomes thermiques. Des nombreuses problèmes techniques nous empêchent pour le moment d’effectuer la manip avec un CBE. La deuxième approche poursuit dans cette thèse combine des pièges magnétique statique avec un champ (RF) magnétique alternant et génère un double puit dans le potentiel habillé. Car ce schéma peut être réalisé loin de la surface de la puce, la fragmentation n’apparaisse pas et on a pu séparer un CBE en deux. Une interféromètre d’ondes a matière est réalisé en recombinant les deux nuages en expansion libre. La figure d’interférence permet de mesurer la phase relative, on trouve une distribution étroite de cette phase et donc la séparation est cohérente. L’évolution de la phase relative est mesurée pendant et après la séparation et contrôlé par déséquilibrant le double puit.