German Title: Kohärente Kontrolle von Bose-Einstein Kondensaten durch adiabatische Radiofrequenz-Potentiale auf Atomchips

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Abstract

During this thesis a novel trapping and manipulation technique for neutral atoms on atom chips has been developed and experimentally implemented. Radio-frequency (rf) coupling of internal states of magnetically trapped atoms results in versatile microscopic potentials, which overcome various limitations of static magnetic traps. An extensive experimental analysis of this new technique has been carried out, exploring the state-dependency of the rf potentials and the possible realization of non-trivial trapping geometries. Based on these results, the first coherent matter wave beam splitter on an atom chip has been realized, demonstrating for the first time the all-magnetic coherent splitting of a condensate. This new atom optical tool has then been applied to investigate the phase-properties of one-dimensional Bose-Einstein condensates. The potential configuration developed during this thesis provides direct access to the phase fluctuations in the system and has allowed the first time-resolved study of equilibrium properties and non-equilibrium dynamics in a one-dimensional Bose gas.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wurde eine neuartige Technik zum Fangen und Manipulieren von neutralen Atomen auf Atomchips entwickelt und experimentell umgesetzt. Das Koppeln interner Zustände von magnetisch gefangenen Atomen durch Radio-Frequenz (RF) Felder führt zu vielseitigen mikroskopischen Fallenpotentialen, die verschiedene Einschränkungen konventioneller magnetischer Fallen überwinden. Eine ausführliche experimentelle Untersuchung dieser neuen Fallenart wurde durchgeführt, um die Zustandsabhängingkeit dieser RF Potentiale und die möglichen Realisierungen nicht-trivialer Fallengeometrien zu erforschen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde der erste kohärente Materiewellen-Strahlteiler auf einem Atomchip demonstriert, wodurch zum ersten Mal das komplett auf Magnetfeldern basierte Aufteilen eines Bose-Einstein-Kondensats realisiert wurde. Dieses neue atom-optische Element wurde dann zur Untersuchung der Phasen-Eigenschaften von eindimensionalen Bose-Einstein-Kondensaten benutzt. Die in dieser Arbeit entwickelte Fallengeometrie gibt direkten Zugang zu den Phasenfluktuationen in diesen Systemen. Dadurch war erstmalig eine zeitaufgelöste Untersuchung der Gleichgewichtseigenschaften und der Nicht-Gleichgewichts-Dynamik ein-dimensionaler Bose-Gase möglich.