Towards a low-dimensional degenerate Fermi-Fermi-Bose mixture [Elektronische Ressource] / presented by Christoph Graf vom Hagen

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Dissertationsubmitted to theCombined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematicsof the Ruperto{Carola University of Heidelberg, Germanyfor the degree ofDoctor of Natural Sciencespresented byDipl. Phys. Christoph Graf vom Hagenborn in: Darmstadt (Germany)Oral examination: 23.04.2008Towards a low{dimensionaldegenerate Fermi{Fermi{BosemixtureReferees: Prof. Dr. J org SchmiedmayerProf. Dr. Jian{Wei PanZusammenfassungAuf dem Weg zu einer niederdimensionalen, quantenentarteten Fermi{Fermi{Bose MischungDiese Arbeit beschriebt ein Pilot{Experiment zur Erzeugung einer quantenentarteten6 87Mischung aus zwei Fermi Gasen. Aus Messungen an Li (Fermion) and Rb (Bo-son) wurde der unelastische Verlustratenkoe zient in einer Magneto{Optischen Falle(MOT) bestimmt. Der Wert diese Koe zienten wurde auf = (1:5 0:5)LiRb10 3 110 cm s bestimmt. Das gemeinsame speichern dieser Mischung in einer mag-netischen Falle wurde demonstriert. Die Ergebnisse Arbeit, in Kombinationmit Ergebnissen aus anderen Forschungsgruppen, fuhrten zum Aufbau eines zukun-ftsweisenden Experiments. Das Design und der anschlie ende Aufbau dieser Appa-ratur werden im Detail beschrieben. Im Ergebnis steht nun eine ideale Apparatur zurUntersuchung von entarteten Quantengasen in niedrigen Dimensionen zur Verfugung.40 87Derzeit erlaubt die Mischung aus K und Rb Experimente mit Bose{Fermi Mis-6chungen auf Atom Chips.
Publié le : mardi 1 janvier 2008
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Dissertation
submitted to the
Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics
of the Ruperto{Carola University of Heidelberg, Germany
for the degree of
Doctor of Natural Sciences
presented by
Dipl. Phys. Christoph Graf vom Hagen
born in: Darmstadt (Germany)
Oral examination: 23.04.2008Towards a low{dimensional
degenerate Fermi{Fermi{Bose
mixture
Referees: Prof. Dr. J org Schmiedmayer
Prof. Dr. Jian{Wei PanZusammenfassung
Auf dem Weg zu einer niederdimensionalen, quantenentarteten Fermi{
Fermi{Bose Mischung
Diese Arbeit beschriebt ein Pilot{Experiment zur Erzeugung einer quantenentarteten
6 87Mischung aus zwei Fermi Gasen. Aus Messungen an Li (Fermion) and Rb (Bo-
son) wurde der unelastische Verlustratenkoe zient in einer Magneto{Optischen Falle
(MOT) bestimmt. Der Wert diese Koe zienten wurde auf = (1:5 0:5)LiRb
10 3 110 cm s bestimmt. Das gemeinsame speichern dieser Mischung in einer mag-
netischen Falle wurde demonstriert. Die Ergebnisse Arbeit, in Kombination
mit Ergebnissen aus anderen Forschungsgruppen, fuhrten zum Aufbau eines zukun-
ftsweisenden Experiments. Das Design und der anschlie ende Aufbau dieser Appa-
ratur werden im Detail beschrieben. Im Ergebnis steht nun eine ideale Apparatur zur
Untersuchung von entarteten Quantengasen in niedrigen Dimensionen zur Verfugung.
40 87Derzeit erlaubt die Mischung aus K und Rb Experimente mit Bose{Fermi Mis-
6chungen auf Atom Chips. Mit der geplanten Erweiterung der Anlage auf Li werden
Experimente mit zwei verschiedenen Fermionen in niederdimensionalen Fallen erstmals
m oglich werden. Die Wechselwirkung von leichten und schweren Fermionen, sowie die
unterschiedliche Wec zwischen Bosonen und Fermionen mit anziehendem
(KRb) und absto endem (LiRb) Potential k onnen hier ebenso untersucht werden. Diese
Art der Wechelwirkung kann sonst nur in der Umgebung einer Feshbach Resonanz un-
tersucht werden.
Abstract
Towards a low{dimensional degenerate Fermi{Fermi{Bose mixture
This work introduces a pilot experiment towards the creation of a degenerate two{
6 87species Fermi gas. Experiments with a dual{species MOT of Li (fermion) and Rb
(boson) led to the measurement of the inelastic loss rate coe cient = (1:5LiRb
10 3 10:5) 10 cm s . Furthermore, both species were trapped in a common magnetic
6 87microtrap. The results from this pilot experiment with Li and Rb and the develop-
40 87ment of K and Rb mixtures by other research groups were analysed. From this data
set and the experience of three generations of atom chip experiments on hand, a truly
next{generation experiment was designed. The design process and the construction
of this experiment as well as the technological developments required are discussed in
detail in this work.
The e ort led to an ideal starting point for future experiments: a K{Rb machine. The
study of low{dimensional pure and mixed quantum gases will already be possible. With
the extension towards Li, the study of the interaction between heavy and light fermions
will be possible. Furthermore, the interaction of bosons and fermions with attractive
and repulsive interactions can be studied without the need of a Feshbach resonance, as
the interaction between Rb and Li is repulsive and the interaction between Rb and K
is attractive.Part I
Introduction
vii

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