Localization of ultracold atoms in quasi-periodic optical lattices

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Abstract

Ein hoch angeregtes Vielteilchensystem relaxiert normalerweise in einen Gleichgewichtszustand, in dem alle Observablen ihre thermischen Werte annehmen. Das Verhalten des Systems wird dann effektiv klassisch. Dieses Verhalten, bekannt als Thermalisierung, tritt in fast allen Systemen auf. Bekannte Ausnahmen sind integrierbare Systeme, bei denen eine extensive Anzahl von Erhaltungsgrößen die Dynamik einschränkt, und Vielteilchenlokalisierung, die in nicht-periodischen Potenzialen auftritt. Diese Arbeit befasst sich mit Experimenten zur Lokalisierung von 40K-Atomen in einem quasiperiodischen optischen Gitter. Mithilfe von Messungen der Ausdehnung der Atomwolke, sowie dem Zerfall eines mikroskopischen Dichtemusters im Anfangszustand, charakterisieren wir zunächst das Verhalten einzelner Teilchen in unserem quasi-periodischen Potenzial. Unsere Messungen zeigen, dass sich individuelle Teilchen von einer ausreichend starken Quasiperiodizität lokalisieren lassen. Wir finden ein Parameterregime, in dem sich das System durch den Aubry-André Hamiltonoperator beschreiben lässt. Außerhalb dieses Regimes können delokalisierte und lokalisierte Zustände, getrennt von einer Mobilitätskante, koexistieren. Des Weiteren untersuchen wir das Verhalten von Vielteilchensystemen und zeigen, dass die Lokalisierung auch in der Gegenwart von Wechselwirkungen zwischen den Teilchen bestehen bleiben kann. Wir studieren die Dynamik in der Nähe des Phasenübergangs und leiten daraus eine untere Grenze für die kritische Stärke des quasiperiodischen Potenzials ab. Zusätzlich wird ein neu entwickeltes Verfahren zur Implementierung eines gut kontrollierbaren externen Bades vorgestellt. Dieses Bad wird verwendet, um Vielteilchenlokalisierung in offenen Systemen zu erforschen.