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Atom chips on the submicron scale: Routes to hybrid cold atom-quantum electronics devices

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Die Vereinigung von Festkörperphysik und der Physik ultrakalter Atome

EU-finanzierte Wissenschaftler liefern weitere Einblicke in das Zusammenspiel von festen Materialien und ultrakalten Atomen durch das Einfangen der letzteren in 2D-Strukturen. Die Forschung bietet die Möglichkeit, die Verwendung von ultrakalten Atomen in Nanosensoren oder präzisen Uhren zu erweitern.

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Wenn Atome auf extrem niedrige Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunkts abgekühlt werden, werden ihre quantenmechanischen Eigenschaften wichtig. Das EU-finanzierte Projekt HYCODE (Atom chips on the submicron scale: Routes to hybrid cold atom-quantum electronics devices) erzeugt dünne Graphenmembranen, um ultrakalte Atome einzufangen. Indem sie sie ein paar Mikrometer voneinander trennen, werden die Wissenschaftler eine effiziente, schnelle und ausreichend stark kontrollierte Kopplung zwischen dem Atom- und dem Festkörpersystem erreichen. Aufgrund seiner hohen Elektronenmobilität ermöglicht Graphen ausreichend hohe Ströme, um magnetische Fallen für ultrakalte Atome bei Raumtemperatur zu erzeugen. Die Wissenschaftler konzentrieren sich auf die Verringerung der Anziehungskräfte zwischen Graphenmembranen, und verringern so das thermische Rauschen und die Bildung von fehlerhaftem Graphen. Der Projektansatz zur Herstellung von Graphenmembranen besteht darin, sie auf einem isolierten Kupfergitter zu platzieren und mithilfe von Laserlicht Strom leitende Pfade zu erzeugen. Die mit diesen Drähten erzeugten Magnetfelder sollen dann als Atomfallen dienen. Die Wissenschaftler haben eine Ultrahochvakuumkammer aufgebaut, um das Experiment mit den kalten Atomen durchzuführen. Darüber hinaus haben sie eine zweifarbige magneto-optische Falle entwickelt, die Atome einfängt und bis fast zum absoluten Nullpunkt kühlt. Die Vereinigung von Festkörper- und Atomphysik sollte zu wesentlichen Synergieeffekten und neuen physikalischen Möglichkeiten führen. Die Projektarbeit soll wesentlich zur schnellen Entwicklung neuer Hybridsysteme für den Einsatz in der Quanteninformationsverarbeitung oder Quantenmetrologie beitragen.

Schlüsselbegriffe

Festkörper, Physik, ultrakalte Atome, Nanosensoren, Quantenelektronik, Graphenmembranen

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