Vom Atomchip zur Mikroatomik: Einzelatomnachweis in Mikrofallen durch Photoionisation

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Detektor entwickelt, der im Gegensatz zur bisher verwendeten Absorptionsabbildung von ultrakalten Gasen auf Atomchips sowohl einzelne Atome nachweisen kann als auch einen vollständigen Zugriff auf die Statistik der Atomverteilung bietet. Dazu werden die Atome in einem resonanten Dreiphotonenprozess ionisiert und anschließend mit einem Channeltron detektiert. Die dabei erzeugten Ionen werden durch eine Ionenoptik auf ein Channeltron abgebildet.

Mit dem hier entwickelten Einzelatomdetektor wird es möglich, deutlich verdünntere Gase nachzuweisen als dies konventionelle Absorptionsabbildungen erlauben. Schon für interferometrische Anwendungen erhöht die Verwendung von einzelnen Atomen die Auflösung, nicht nur da die Phasenentwicklung in zwei separierten Kondensaten über das chemische Potential von der Atomzahl abhängt, sondern auch weil die Wechselwirkung der Atome selbst zu Dekohärenzen führen kann. Auch Untersuchungen Eindimensionaler Quantengase verlangen die Detektion einzelner Atome.

In this thesis a new detecto for ultracold gases on an atomchip is developed. In contrast to absorption images it not only detects single atoms but also allows access to the counting statistict of an ensemble of atoms. Therefore, atoms are photo ionized in a three photon prozess and detected by a channeltron. To guide the ions to the channeltron an ion optic is used.

With this detector it is possible to detect dilute gases and hence to increase the resolution of interferometric applications. In experiments with one dimensional quantum gases effects of the dimensionality on the distribution of the atoms need a single atom detector.