23.11.2018

Vermischte Quantengase

Teilchen interagieren über eine weiträumige Wechsel­wirkung wie kleine Quanten­magnete miteinander.

Die experi­mentelle Unter­suchung von ultrakalter Quanten­materie ermöglicht die Erforschung von quanten­mechanischen Phänomenen, die sonst kaum zugänglich sind. Noch vor wenigen Jahren schien es unmöglich, die Techniken zur Kühlung und Mani­pulation von ultra­kalten Teilchen auf Atome mit mehreren Valenz­elektronen auszudehnen. Grund dafür sind die mit der Größe zunehmende Komplexität und die unbekannten Streu­eigen­schaften dieser Atome. Ein US-ameri­kanisches Forschungs­team um Ben Lev von der Stanford University und eine öster­reichische Gruppe um Francesca Ferlaino an der Univer­sität Innsbruck haben diese Hürde überwunden und Quanten­gase aus Metallen der Seltenen Erden erzeugt.

Abb.: Die Bose-Einstein-Kondensate aus Erbium und Dysprosium koexistieren und wechselwirken miteinander. (Bild: IQOQI)

Die Forscher verwenden die stark magne­tischen und bisher wenig erforschten Elemente Dysprosium und Erbium. Ferlainos Gruppe konzen­triert sich auf die Erforschung von Erbium und entwickelte einen leistungs­fähigen, aber über­raschend einfachen Ansatz zur Herstellung eines Bose-Einstein-Kondensats. „Wir haben damit gezeigt, wie die Komplexität in der Atom­physik neue Möglich­keiten eröffnen kann“, freut sich Francesca Ferlaino vom Institut für Expe­rimental­­physik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanten­information der Öster­reichischen Akademie der Wissen­schaften. Die Forschung an magne­tischen Elementen gewinnt weltweit an Dynamik, da sich solche Atome als ideale Plattform zur Erzeugung von dipolarer Quanten­materie erwiesen haben, in der Teilchen über eine weit­räumige und orien­tierungs­­abhängige Wechsel­wirkung wie kleine Quanten­magnete mi­teinander inter­agieren.

In einer neuen Arbeit berichtet das öster­reichische Team über einen neuen Fortschritt auf dem Gebiet der dipolaren Materie. Sie haben Erbium und Dysprosium miteinander vermischt und erstmals eine dipolare Quanten­mischung erzeugt. „Wir haben die Atom­spektren dieser beiden Elemente sehr genau untersucht und uns überlegt, wie wir sie kombinieren und gleich­zeitig Quanten­entartung erreichen können“, sagt Philipp Ilzhöfer. „Es zeigte sich, dass unser Schema noch besser als erwartet funktioniert, so dass wir ein System schaffen konnten, in dem Bose-Einstein-Konden­sate aus Erbium und Dysprosium koexis­tieren und miteinander wechselwirken“, ergänzt Arno Trautmann. Aufgrund der langreich­weitigen Wechsel­wirkung zwischen den beiden Atom­sorten, eröffnet dieses Ergebnis neue Perspek­tiven im Bereich der dipolaren Quanten­materie.

IQOQI / JOL

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