Ein Quanten-Rasterelektronenmikroskop zur Detektion und kohärenten Manipulation einzelner Atome

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Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll ein Rastersondenmikroskop zur Detektion und kohärenten Manipulation einzelner Atome entwickelt und eingesetzt werden. Dazu wird ein fokussierter Elektronenstrahl in eine Apparatur zur Erzeugung ultrakalter Atome implementiert, mit dessen Hilfe die Atome ortsaufgelöst ionisiert und mittels eines Ionendetektors nachgewiesen werden. Das Verfahren zeichnet sich durch eine sehr gute Ortsauflösung (dmin=20nm) bei gleichzeitiger Empfindlichkeit auf einzelne Atome aus. Die Präparation einer genau festgelegten Zahl von Atomen wird durch den Einsatz periodischer Potenziale möglich, die mit einer genau definierten Zahl von Atomen pro Gitterplatz gefüllt werden können. Für die kohärente Manipulation des internen Freiheitsgrades wird das Magnetfeld des Elektronenstrahls eingesetzt. So gelingt schließlich die absolute Kontrolle über den Quantenzustand des Gesamtsystems. Dadurch wird eine neuartige Experimentierumgebung geschaffen, mit der fundamentale Quanteneffekte einzelner Atome oder kleiner atomarer Ensembles bei der Wechselwirkung untereinander oder bei der Wechselwirkung mit Photonen und Elektronen untersucht werden können. Das Spektrum der zu untersuchenden Fragestellungen reicht von Korrelationsmessungen in thermischen und entarteten Quantengasen über stark korrelierte Systeme und atomzahlgequetschte Zustände bis hin zur Mehrteilcheninterferenz und Verschränkung einzelner Atompaare.