Sympathetisches Kühlen von 6Lithium mit 87Rubidium

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Apparatur zur simultanen Präparation von ultrakaltem 87Rubidium und 6Lithium. Besonderer Wert wurde dabei auf Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität der einzelnen Komponenten gelegt. Durch diese weltweit einzigartige Experimentieranlage war es jetzt erstmals möglich, 6Lithium durch 87Rubidium sympathetisch ins entartete Regime zu kühlen. Die so präparierbaren Quantengase sind ein exzellenter Ausgangspunkt für künftige Untersuchungen.

Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich grundsätzlichen Überlegungen zu Magnetfallen. Kapitel 2 stellt verschiedene Methoden zur Berechnung und Näherung der Magnetfelder felderzeugender Elemente vor, die in die Entwicklung einer Simulations-Toolbox (Anhang B) für Magnetfelder auf der Basis von Mathematica und der Programmiersprache C eingeflossen sind. Insbesondere ein Potenzreihenansatz für zylinder- und ebenensymmetrische Felder dient dann in Kapitel 3 zu grundsätzlichen Überlegungen zum Design von Magnetfallen. Verschiedene Typen der Magnetfalle werden untersucht und hinsichtlich Feldgeometrie, Fallentiefe, Lebensdauer der gespeicherten Atome und Aspektverhältnis verglichen.

Kapitel 4 diskutiert den auf der Basis der Erkenntnisse der ersten beiden Kapitel entwickelten Aufbau in unserem Experiment. Besonderes Augenmerk liegt auf der neuartigen Doppeldraht-Ioffefalle, sowie ihrer Kombinierbarkeit mit der zusätzlich eingebauten Mikrofalle. Die Vorgehensweise beim Transfer der Atome in die Ioffefalle und dabei auftretenden kritische Punkte werden vorgestellt.

Den Abschluss der Arbeit bildet Kapitel 5 mit der Darstellung der Funktionsfähigkeit der Anlage anhand erster Experimente. Aus der Untersuchung der Thermalisierung zwischen Rubidium und Lithium konnte der für weitere Arbeiten zentrale Betrag der bislang noch unbekannten Interspezies-Streulänge gewonnen werden.

The topic of this thesis is the development of an apparatus for the simultaneous preparation of ultracold 87Rubidium and 6Lithium. Special emphasis was put on reliablility and longterm stability of the individual components. This unique experiment setup made it now possible for the first time to cool 6Lithium sympathetically with 87Rubidium into the degenerate regime. The quantum gases being prepared in this way are an excellent starting point for future investigations.

The first part of this work deals with fundamental considerations on magnetic traps. Chapter 2 introduces different methods for the computation and approximation of magnetic fields of field-generating elements. They are used for the development of a simulation toolbox (appendix B) on the basis of Mathematica and the programming language C. Especially the power series ansatz for fields with cylindrical or planar symmetry leads to fundamental considerations on the magnetic trap design in chapter 3. Different types of magnetic traps are investigated and compared there in regard to the trap geometry, the trap depth, the lifetime of the atoms stored and the trap aspect ratio.

Chapter 4 is discussing our experiment setup that was realized with the findings of the preceding chapters. Special emphasis is put on the novel double-wire ioffetrap and its compatibility with the additionally built-in microtrap. The procedure for the transfer of atoms into the ioffetrap and the thereby occuring critical points are introduced.

The end of the thesis is formed by chapter 5 which demonstrates the functionality of the apparatus by first experiments. The analysis of the thermalization between 87Rubidium and 6Lithium made it finally possible to find the interspecies scattering length which was not known up to now and is an important contribution for further research activities.