Die Präzision und Stabilität von Atominterferometern hängt in hohem Maße von der Ausdehnungstemperatur der atomaren Ensembles ab. Um lange Pulsseparationszeiten zu erreichen, z. B. in einem Lichtimpuls-Atomgravimeter, sind niedrige Expansionsraten erforderlich, um einen hohen Strahlteilerkontrast zu ermöglichen und Ensembles zu erhalten, die dicht genug sind, um auch nach langen Zeiten des freien Falls nachweisbar zu sein. Die Erzeugung ultrakalter atomarer Ensembles mit hohen Wiederholraten ist daher eine Schlüsseltechnik für Materiewellensensoren.
Optische Dipolfallen sind ein häufig verwendetes Mittel zum Einfangen und Kühlen neutraler Atome. Allerdings sind typische Dipolfallen aufgrund ihres kleinen Einfangvolumens und der geringeren Geschwindigkeit beim evaporativen Kühlen im Vergleich zu magnetischen Fallen, wie sie beispielsweise mit Atomchips realisiert werden, benachteiligt.
Ein Team von Wissenschaftlern um Henning Albers hat nun einen neuen Ansatz vorgestellt. Sie nutzen dynamische zeitgemittelte optische Potentiale, um die Erzeugung großer ultrakalter atomarer Ensembles zu beschleunigen und die Anwendung einer rein optischen Materiewellenlinse durch schnelle Dekompression der Falle zu untersuchen. Letzteres führt zu Oszillationen der Ensemblegröße und kann in jedem Temperaturbereich angewendet werden, der in der Verdampfungssequenz erreicht wird. Diese Materiewellenlinse wird verwendet, um die Expansion von Bose-Einstein-Kondensaten zu kollimieren, kann aber auch verwendet werden, um die Dauer der Verdunstungskühlung zu verkürzen. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse nun in der Zeitschrift Communications Physics veröffentlicht.
Die aktuelle Veröffentlichung ist ein Paradebeispiel für die Vernetzung von Forschenden und Institutionen im Rahmen von QuantumFrontiers. So kooperierten nicht nur Wissenschaftler mehrerer Forschungseinrichtungen wie der Leibniz Universität Hannover, des DLR-Instituts für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik und des Bremer ZARM, sondern auch die Sonderforschungsbereiche DQ-mat und TerraQ sowie zwei QuantumFrontiers TopicalGroups.
Originalpublikation
Henning Albers, Robin Corgier, Alexander Herbst, Ashwin Rajagopalan, Christian Schubert, Christian Vogt, Marian Woltmann, Claus Lämmerzahl, Sven Herrmann, Eric Charron, Wofgang Ertmer, Ernst M. Rasel, Naceur Gaaloul & Dennis Schlippert
All-optical matter-wave lens using time-averaged potentials.
Communications Physics 5, 60 (2022).
https://doi.org/10.1038/s42005-022-00825-2
