German Title: Magnetfeldmikroskopie mit ultrakalten Atomen

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Abstract

In this thesis the results of the first systematic application of magnetic field microscopy using ultracold atoms are presented. The properties of charge transport in thin film polycrystalline gold wires are examined in a previously not accessible regime. The field sensor based on ultracold atoms facilitates a microscopic mapping of directional fluctuations in the local current direction at an angle resolution of 1E-5 rad over length scales between 10E-6 m and 600E-6 m. The measurements show an orientational preference in the directional fluctuations which is explained within an ohmic defect model. The absolute magnitude of the fluctuations (rms angle fluctuations between 60E-6 rad and 160E-6 rad) are interpreted by different contributions of surface and bulk defects. The methods that are necessary for the implementation and interpretation of a quantitative magnetic field microscopy using ultracold atoms are described thoroughly.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der ersten systematischen Anwendung von Magnetfeldmikroskopie mit ultrakalten Atomen vorgestellt. Die Eigenschaften des Ladungstransports in polykristallinen Dünnschicht-Golddrähten werden in einem bisher nicht zugänglichen Regime untersucht. Mit Hilfe des Feldsensors auf der Basis ultrakalter Atome wird eine mikroskopische Abbildung von Richtungsänderungen des lokalen Stromverlaufs über Längenskalen zwischen 10E-6 m und 600E-6 m bei einer Winkelauflösung besser als 1E-5 rad erreicht. Die Messungen zeigen eine Orientierungspreferenz der Richtungsfluktuationen, welche innerhalb eines Ohmschen Defektmodels erklärt wird. Die Absolutgrösse der Fluktuationen (rms Winkelflukutationen zwischen 60E-6 rad und 160E-6 rad) wird durch unterschiedliche Beiträge von Oberflächendefekten und solche des Volumenmaterials interpretiert. Die notwendige Methodik zur Implementierung und Interpretation einer quantitativen Magnetfeldmikroskopie mit ultrakalten Atomen wird eingehend dargestellt.