Wenn Atome Wellen reiten

Werden Golddrähte, die zum Teil dünner sind als ein tausendstel Millimeter, in spezieller Weise mit Laserlicht beleuchtet, wird das Licht an den Drähten eingefangen und gebündelt, ein sogenanntes Plasmon entsteht. Schaltkreise, die die Eigenschaften solcher Plasmonen ausnutzen, wären heutigen Computern in ihrer Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit weit überlegen. Hierzu müssen die Plasmonen, die vor allem für die Übertragung von Daten eingesetzt werden könnten, jedoch an Datenspeicher ankoppeln. Als mögliche Datenspeicher werden Atome als heißer Favorit gehandelt. Hier setzt das Forscherteam unter der Leitung von Sebastian Slama an. Der Nachwuchswissenschaftler hat in seiner mehrjährigen Arbeit am Lehrstuhl Quantenoptik von Claus Zimmermann die nötigen Techniken entwickelt, um ultrakalte Atome so nahe an Oberflächen heranzuführen, dass diese mit den an der Oberfläche konzentrierten Lichtfeldern wechselwirken können. Hierzu werden die Atome in magnetischen Fallen in einer Vakuumkammer präpariert und durch verschiedene Verfahren so weit abgekühlt, dass ihre Temperatur nur noch wenige Milliardstel Kelvin beträgt.

Die Atome verhalten sich dann nicht mehr wie ein normales Gas, sondern bilden ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat, bei dem sich alle Atome im gleichen Quantenzustand befinden. Dieses Kondensat verhält sich wie ein einziges riesiges Super-Atom und kann durch magnetische Felder so nahe an die Oberfläche verschoben werden, bis es den Einfluss des Plasmons spürt. Damit lassen sich sowohl Plasmonen erzeugen, die Atome anziehen, als auch solche, die Atome abstoßen. Indem die Physiker eine Strukturierung der Oberfläche vorgeben, können sie beliebige Potential-Landschaften für die Atome erzeugen. Das Ziel besteht nun darin, mit solchen hybriden Systemen Komponenten für optische Computer und die Quanteninformation zu bauen.

Physikalisches Institut / Universität Tübingen / SJ