Aufbau einer Apparatur zur Untersuchung ultrakalter Quantengase mit Spin-Freiheitsgrad in höheren Bändern eines optischen Gitters mit zweiatomiger Basis

Ultrakalte Quantengase in optischen Gittern haben sich in den letzten Jahren zu einem bedeutendem Forschungsfeld entwickelt. Atome in periodischen Potentialen ermöglichen die Emulation von grundlegenden Modellsystemen der Festkörperphysik. Bei der Untersuchung von stark korrelierten Systemen spielt der orbitale Freiheitsgrad eine entscheidende Rolle. In dieser Arbeit wird ein neues Zwei-Spezies Quantengasexperiment vorgestellt mit dem Rb-87 und K-40 bis zur Quantenentartung gekühlt werden. In diesem Aufbau werden die Atome in einer magneto-optischen Falle gefangen und anschließend in eine Magnetfalle umgeladen und magnetisch in eine räumlich separierte Experimentierumgebung transportiert. An dieser Stelle werden die Atome in eine optische Dipolfalle umgeladen und anschließend in ein optisches Gitter umgeladen . Das optische Gitter ist als Michelson-Sagnac-Interferometer aufgebaut, dadurch wird ein Potential erzeugt, dass ein quadratisches Gitter mit dynamisch veränderbarer zweiatomiger Basis bildet. Mit diesem Gitter können die Atome in höhere Blochbänder des Potentials angeregt werden und die Untersuchung unkonventioneller orbitaler Zustände ist möglich. In diesem Aufbau konnten Atome bis in das 22. Blochband angeregt werden. Zur Charakterisierung wurden Lebensdauermessungen im ersten und zweiten Blochband durchgeführt. Durch Wahl der Gitterparameter kann im zweiten Blochband des Gitters eine reell- oder komplexwertige Superposition präpariert werden. Dies erlaubt es den Kondensationsprozess im zweiten Band und die Relaxation aus diesem in Abhängigkeit des präparierten Zustandes zu untersuchen. In Abhängigkeit des präparierten Zustandes wurden Messungen zur Kondensation und Relaxation der Atome im zweiten Band durchgeführt. Zusätzlich ist es in diesem Aufbau möglich den internen Freiheitsgrad der Atome zu manipulieren und Spinor-Kondensate zu präparieren. Es wird gezeigt, dass mit der Apparatur F=2 Spinor-Kondensate präpariert werden können und es werden Messungen zu Rabi- und Ramseyoszillationen vorgestellt. Des Weiteren wurde zum ersten Mal ein Spinor-Kondensat im zweiten Blochband des optischen Gitters präpariert und der Zerfall aus diesem beobachtet.