Experimentelle Charakterisierung von Bosegasphänomenen
Für die Entdeckung und Erklärung des fraktionalen Quanten-Hall-Effekts (FQHE), der das Verhalten von Elektronengasen in bestimmten Magnetfeldern beschreibt, wurde 1998 der Nobelpreis für Physik vergeben. Jedoch wurden durch die Entdeckung viele neue Fragen aufgeworfen, die in diesem wichtigen Forschungsgebiet der Physik der kondensierten Materie unbeantwortet bleiben.Der Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts "Quantum Hall states in ultracold atomic gases" (FLUX LATTICES) lag auf der Entwicklung eines experimentellen Paradigmas, das Wissenschaftlern ermöglicht, neue Hypothesen zu prüfen. Bosegase bestehen aus einheitlichen Teilchen mit ganzzahligem Spin. Wenn die Teilchen auf extrem tiefe Temperaturen gekühlt werden, erreichen sie einen neuen Zustand namens Suprafluidität. Die Atome sind jedoch neutral und reagieren auf Magnetfelder anders als geladene Elektronen.Um den FQHE zu untersuchen, der bei Elektronen in einem Magnetfeld auftritt, erforschte das Team zwei Ansätze auf Grundlage der Erzeugung künstlicher Eichfelder. Die Anwendung der Felder erforderte zunächst die Charakterisierung des statischen und dynamischen Verhaltens eines 2D-Quantenfluids. Die Wissenschaftler leisteten Pionierarbeit, die zu einer Beschreibung des suprafluiden Verhaltens und einer Publikation in der Fachzeitschrift "Nature Physics" führte. Außerdem implementierten sie eine neuartige experimentelle Methode, welche die Messung der Zustandsgleichung ermöglicht, die sich auf Fluideigenschaften wie Druck, Temperatur, Masse und Volumen beziehen. Das Manuskript, in dem diese Arbeit und die Ergebnisse beschrieben werden, wird derzeit zur Publikation vorbereitet.Die Fähigkeit, Atome zu kühlen, zu beschränken und zu manipulieren bildet den Kern der experimentellen Erforschung ultrakalter Atomgase. Kalte Atome werden herkömmlicherweise in harmonischen Potenzialen eingefangen. Die Forscher ersetzten diese "Falle" durch ein Kasten-Potenzial ("Kastenfalle") und ermöglichten so das Erstellen willkürlicher Geometrien wie etwa zwei benachbarte Fallen. Das experimentelle System erlaubte die Untersuchung von Quasi-Langstrecken-Kohärenz und lieferte interessante neue Erkenntnisse über die Physik der 2D-Bosegase.Die FLUX LATTICES-Mitglieder führten experimentelle Untersuchungen zu einigen der wichtigsten offenen Fragen der Physik der kondensierten Materie durch. Die in den ersten 16 Monaten geleistete Pionierarbeit führte zu einer Fakultätsstelle für die Marie Curie-Stipendien und legte das Fundament für vielversprechende zukünftige Forschungsarbeit an der Gastgeberuniversität.
