Rydberg atoms in confined geometries - Experiment and Theory
Final Report Abstract
Bei diesem Projekt handelte es sich um eine Kooperation zwischen der Theoriegruppe um Prof. Dr. Stefan Scheel (Universität Rostock) und der Experimentalgruppe um Dr. Robert Löw (Universität Stuttgart). Das wesentliche Ziel war die Untersuchung von Atomen sowohl in niedrigen, als auch in hoch angeregten Zuständen in der Nähe von Oberflächen. Sowohl die Niveaustruktur der Atome als auch die dielektrischen/elektrischen Eigenschaften der Materialien haben einen starken Einfluss auf die Casimir-Polder-Wechselwirkungen zwischen Atomen und Material. Die Berechnung der Casimir-Polder Potentiale sind nur in einfachen Systemen analytisch möglich. Hier ging es uns vor allem darum, komplexere Systeme zu untersuchen, die so auch in Laboren ihren Einsatz finden. Dies beinhaltete Atome in mikroskopisch strukturierten Hohlfasern, Atome nahe nanoskopischer Fasern und Atome nahe photonischer Wellenleiterstrukturen. Besonders interessant ist der Bereich, in dem die Reichweite der Potentiale im Bereich der physikalisch relevanten Abstände liegen. Ein bislang wenig untersuchter Extremfall sind Rydbergatome mit Übergängen im Mikrowellen und THz-Bereich. Hier ist es möglich, Casimir-Polder Wechselwirkungen in einem Bereich deutlich unter der Wellenlänge zu studieren. Eine Schwierigkeit, die sich hier herauskristallisierte, sind Anregungen in den dielektrischen Materialen im Mikrowellen- bis Ferninfrarotbereich, die resonant an die Rydbergatome ankoppeln können. Diese Effekte sind sehr schwer theoretisch zu modellieren, und eine präzise Messung dieser Anregungen ist zuvor nötig. Für Atome mit niedrigen Quantenzahlen spielen diese Anregungen keine so große Rolle, und wir konnten die Casimir-Polder Potentiale in Wellenleiterstrukturen sehr gut studieren und verstehen. Eine positive Entwicklung, die so nicht vorgesehen war, ist die Untersuchung von Atomen, die mit dem umliegenden Gas wechselwirken (resonante Dipol-Dipol-Wechselwirkung), eine Erweiterung unser Arbeiten, in denen die Wände durch ein atomares Gas ersetzt wurden. Die Kooperation zwischen den beiden Gruppen wird zu diesem Thema fortgesetzt und eine gemeinsame Publikation ist in Arbeit. Insgesamt sind aus dieser Kooperation 9 wissenschaftliche Publikationen hervorgegangen, und eine weitere gemeinsame Publikation ist in Vorbereitung.
Publications
- (2015). Atomic vapor spectroscopy in integrated photonic structures. Applied Physics Letters, 107, S. 041101
Ritter, R., Gruhler, N., Pernice, W., Kübler, H., Pfau, T., & Löw, R.
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4927172) - (2016). Coupling thermal atomic vapor to an integrated ring resonator. New Journal of Physics, 18, S. 103031
Ritter, R., Gruhler, N., Pernice, W., Kübler, H., Pfau, T., & Löw, R.
(See online at https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/10/103031) - (2018). Coupling Thermal Atomic Vapor to Slot Waveguides. Physical Review X, 8, S. 021032
Ritter, R., Gruhler, N., Dobbertin, H., Kübler, H., Scheel, S., Pernice, W., . . . Löw, R.
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021032)
