Quantengasmikroskop für magnetische Quantengase mit Einzelatomauflösung

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Das Verständnis makroskopischer Quantenphänomene, wie z.B. Supraleitung oder Suprafluidität, basiert auf theoretischen Modellen, die die mikroskopische Physik von Elektronen, Löcher und Quasiteilchen beschreiben. Starke Wechselwirkungen und Korrelationen dieser Quantenbausteine können dabei einerseits zu besonders interessanten und exotischen Quantenphänomenen führen, andererseits machen sie die theoretischen Modelle aber so komplex, dass diese selbst mit den schnellsten Computern nicht mehr gelöst werden können. Hier setzt die Quantengas-Mikroskopie an, bei der diese Zustände zunächst mithilfe atomarer Quantengase experimentell erzeugt und dann mit einem hochauflösendem Mikroskop Atom für Atom untersucht werden können. Das Experiment ermöglicht damit die direkte Messung der in der Theorie nicht mehr berechenbaren Observablen und Korrelationen und wird daher als "Quantensimulator" bezeichnet. In diesem Projekt soll ein solches Quantengas-Mikroskop für Dysprosium Atome mit langreichweitiger, magnetischer Wechselwirkung realisiert werden. Das Mikroskop wird sowohl fermionische als auch bosonische Dysprosium-Atome manipulieren und untersuchen können und dabei dreidimensionale Orts-, Energie- und Spin-Auflösung bieten. Insbesondere soll Superauflösungs-Mikroskopie, d. h. eine Ortsauflösung jenseits des Abbe'schen Beugungslimits, erreicht werden. Dies wird durch ein energieabhängiges Zwischenspeichern in langlebigen elektronischen Zuständen der Atome ermöglicht.