German Title: Kontrolle der Tunneldynamik einzelner Atome

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Abstract

The aim to control the internal and external degrees of freedom of quantum systems is of great interest for many fields of physics and chemistry. One opportunity to realize such a coherent control is provided by strong, time depended, external fields. In this work the experimental realization of a model-system is presented. The coherent control of the tunneling dynamics of single atoms by means of a time-periodic, external field is demonstrated. Depending on the parameters of the driving force the tunneling rate can be varied up to a total suppression of the tunneling process in the extreme. This type of dynamical localization is known as "coherent destruction of tunneling". The experimental setup allows a direct access to the tunneling dynamics of single atoms in a double well structure and enables great freedom concerning the parameters. Not only the double well potential, the driving frequency and the driving amplitude can be varied, but also the temporal and spatial symmetry of the driving. A coherent beam of slow, metastable argon atoms serves as source of particles, which can be detected spatially resolved enabling the direct observation of the tunneling dynamics in momentum space.

Translation of abstract (German)

Das Ziel Quantensysteme in ihren internen und externen Freiheitsgraden zu kontrollieren ist für viele Bereiche der Physik und Chemie von großer Bedeutung. Starke, zeitlich veränderliche, externe Felder eröffnen die Möglichkeit eine solche kohärente Kontrolle zu realisieren. In dieser Arbeit wird die experimentelle Realisierung eines Modell-Systems vorge-stellt. Es wird demonstriert, wie mit Hilfe eines zeitlich periodischen, externen Feldes die Tunneldynamik einzelner Atome kontrolliert werden kann. In Abhängigkeit der Parameter des Treibens kann die Höhe der Tunnelrate gesteuert werden, im Extremfall bis hin zur kompletten Unterdrückung des Tunnelprozesses. Diese Art dynamischer Lokalisierung ist als "coherent destruction of tunneling" bekannt. Der experimentelle Aufbau ermöglicht einen sehr direkten Zugang zur Tunneldynamik einzelner Atome in einem Doppeltopfsystem und lässt große Freiheit bei der Wahl der Parameter. So können nicht nur Doppeltopfpotential, Treibefrequenz und -amplitude, sondern auch die zeitliche und räumliche Symmetrie des Treibens variiert werden. Als Teilchenquelle dient ein kohärenter Strahl langsamer metastabiler Argonatome, die räumlich aufgelöst detektiert werden, was die direkte Beobachtung ihrer Tunneldynamik im Impulsraum ermöglicht.