CsAg – UltraMeDiQs

Motivation
 

Ultrakalte Atome und Moleküle eignen sich besonders gut diverse Arten von Quantenmaterie zu erzeugen und zu untersuchen. Bisher war man dabei allerdings weitestgehend auf Quanten-Gase und Quanten-Flüssigkeiten beschränkt, bei denen Stöße zwischen Teilchen immer auf zwei Teilchen beschränkt waren. Kommen sich drei oder mehr Teilchen zu nahe, formen diese klassische Moleküle und man verliert die Kontrolle über die Quanteneigenschaften. Mit Molekülen aus zwei Atomen, die eine ungleiche Ladungsverteilung besitzen (dipolare Moleküle) lässt sich allerdings durch Quantenphysik eine besondere Wechselwirkung zwischen den Molekülen erzeugen, welche die Moleküle soweit auf Abstand hält, dass sie nicht klassisch miteinander reagieren können (sogenanntes "Shielding"). Bei besonders schweren Molekülen mit besonders großer Ladungsverteilung ist diese Wechselwirkung so stark, dass es möglich sein soll aus diesen Molekülen "feste" Quanten-Clustern und Quanten-Kristallen zu bauen.

Warum CsAg?
 

Caesium–Silber-Moleküle (CsAg) besitzen eines der größtmöglichen elektrischen Dipolmomente und die Wechselwirkung zwischen ihnen kann viel stärker sein, als zwischen allen bisher verfügbaren ultrakalten Molekülen. Die Wechselwirkung sollte stark genug sein, um die gesuchten Quanten-Kristalle zu formen.

Der Plan
 

Mit Hilfe von Lasern kühlen wir zunächst ungebundene Caesium- und Silber-Atome auf ultrakalte Temperaturen (Laserkühlen), um so die volle Kontrolle über ihre Quantenzustände zu erhalten. Danach nutzen wir Quanteneffekte, um aus den einzelnen Atomen mit maximaler Quantenkontrolle ultrakalte CsAg-Moleküle zu formen. Dazu verwenden wir optische Pinzetten aus stark fokussierten Laserstrahlen. Dies ist eine Technik, die sonst üblicherweise in modernen Quantencomputern Anwendung findet. Die optischen Pinzetten und optische Laser-Gitter erlauben uns anschließend die ultrakalten Molekülen zu Quanten-Cluster und Quanten-Kristalle zusammen zu führen.

Herausforderung – Silber
 

Obwohl Silberatome bereits im Jahre 2000 das erste Mal Laser-gekühlt wurden, gibt es bisher noch sehr wenig Erfahrung in der Erzeugung von ultrakalten Silberatomen. Wir haben uns daher mit anderen Forschungsgruppen auf der Welt, die auch Silberatome in ultrakalte Moleküle binden wollen, zu einer "Silber-Allianz" zusammengeschlossen, um technische Herausforderungen gemeinsam zu bewältigen.

Förderung
 

Das Projekt wird gefördert durch den ERC-Grant UltraMeDiQs (Projekt Nr. 101219560, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster).

Von der Europäischen Union finanziert. Die geäußerten Ansichten und Meinungen entsprechen jedoch ausschließlich denen des Autors bzw. der Autoren und spiegeln nicht zwingend die der Europäischen Union oder der Exekutivagentur des Europäischen Forschungsrates (ERC) wider. Weder die Europäische Union noch der ERC können dafür verantwortlich gemacht werden.

CaF
 

Ein Projekt mit direkt Laser-gekühltem Calciummonofluorid. Für nähere Details, siehe coldmolecules.eu, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.