Abstracts Category : Other

A two-orbital quantum gas with tunable interactions

by Moritz Hfer

Im letzten Jahrzehnt haben sich Quantengasexperimente als gut kontrollierbare Modellsysteme zur Untersuchung komplexer Fragestellungen aus diversen Bereichen der Physik etabliert. Ultrakalte Quantengase zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie einen direkten und experimentell einfach realisierbaren Zugang zu ihrerWechselwirkung bieten. Das gezielte Einstellen der Wechselwirkungsstrke und die Erforschung der daraus resultierendenAggregatzustnde erlaubt es ein tiefes Verstndnis der kondensierten Materie zu gewinnen. Insbesondere erdalkalihnliche Atome wie Ytterbium bieten die Mglichkeit Phnomene der Festkrperphysik zu untersuchen, die durch die Wechselwirkung von Elektronen in verschiedenen Orbitalen oder durch eine grere Rotationssymmetrie des Spins als in gewhnlichen Spin-1/2 Systemen hervorgerufen werden.Diese Doktorarbeit prsentiert die experimentelle Charakterisierung der Wechselwirkung ultrakalter, fermionischer Ytterbium-Atome (173Yb) in verschiedenen elektronischen Orbitalen. Dabei wird nachgewiesen, dass sich die Wechselwirkungsstrke mit Hilfe einesexternen Magnetfeldes, analog zu einer Feshbach-Resonanz bei Alkali-Atomen, einstellen lsst. Bei Ytterbium wird diese Resonanz durch eine starke Spinaustauschwechselwirkung zwischen den verschiedenen Orbitalen hervorgerufen. Der Nachweis der einstellbaren Wechselwirkung erfolgt ber Thermalisierungsexperimente in einer harmonischen Falle und mit Hilfe von hochauflsender Spektroskopie in einem dreidimensionalen Gitter.Des Weiteren wird mit Hilfe der neu entdeckten Resonanz zum ersten Mal experimentell ein stark wechselwirkendes Fermigas in verschiedenen Orbitalen erzeugt und spektroskopischuntersucht. Die Mglichkeit, die interorbitale Wechselwirkung direkt zu manipulieren und somit stark wechselwirkende Quantengase zu erzeugen, ebnet den Weg fr die Realisierung und Untersuchung neuartiger Aggregatzustnde der kondensierten Materie. In the last decade, quantum gas experiments have been established as well-controllable model systems for the investigation of complex problems originating from different fields of physics.Ultracold quantum gases are of particular interest, as they offer a direct and experimentally feasible access to their interaction.The precise control of the interaction and the exploration of resulting phases of matter grants a profound understanding of condensed matter.In particular, alkaline-earth-like atoms, such as ytterbium, allow for an implementation of condensed matter phenomena, arising from the interaction of electrons in different orbitals or exhibiting an enhanced spin rotation symmetry beyond the conventional spin-1/2 case.This thesis is dedicated to the experimental characterisation of the interaction of ultracold fermionic ytterbium atoms (YbA) in different electronic orbitals.In the course of this thesis, we reveal the tunability of the interaction by means of an external magnetic field, similar to the case of Feshbach resonances in alkali atoms.For ytterbium, the scattering resonance isAdvisors/Committee Members: Bloch, Immanuel (advisor).