Quantensystem mit einzelnen Atomen dotiert

Verunreinigungen in physikalischen Systemen sind mehr als nur ein unvermeidbares Ärgernis, oftmals sind sie die Ursache für wichtige physikalische Effekte, wie zum Beispiel die Stromleitung an sich. Ein Traum von Quantenphysikern ist die perfekte Kontrolle von Verunreinigungen in Quantensystemen, um bekannte Effekte zu kontrollieren, neue Effekte zu untersuchen, oder Materialien mit gewünschten Eigenschaften maßzuschneidern.

Der Arbeitsgruppe von OPTIMAS Mitglied Artur Widera ist zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Bonn ein großer Schritt in diese Richtung gelungen. Sie konnten durch geschicktes Steuern von Laserstrahlen einzelne Cäsium-Atome als kontrollierte Verunreinigungen in ein Bose-Einstein Kondensat (BEC) aus Rubidium Atomen einbringen und die Dynamik der Verunreinigungen in diesem Quantenbad studieren. Die Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten, einerseits Modellsysteme für Systeme der Festkörperphysik auf der Ebene einzelner Atome zu untersuchen und zu kontrollieren und andererseits Thermalisierung in Quantensystemen auf kleinsten Längenskalen zu studieren. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht:

„Dynamics of Single Neutral Impurity Atoms immersed in an Ultracold Gas“
Nicolas Spethmann, Farina Kindermann, Shincy John, Claudia Weber, Dieter Meschede und Artur Widera. Phys. Rev. Lett. 109, 235301 (2012)