Detailansicht
Deflectometry in a Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer for matter waves
Lukas Bernhard Mairhofer
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Markus Arndt
DOI
10.25365/thesis.26819
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29678.75209.195459-9
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Arbeit behandelt Deflektometrie in einem Materiewellen-Interferometer für neutrale Moleküle. Die Ablenkung von Atomen und Nanopartikeln in der Gasphase durch inhomogene statische elektrische und magnetische Felder findet breite Anwendung bei der Bestimmung der Eigenschaften dieser Teilchen. Interferometrie steigert die Auflösung von Deflektionsexperimenten erheblich.
Wir beginnen mit einer Einführung in die Grundlagen des Magnetismus freier Atome und leiten van Vlecks Formel für die magnetische Suszeptibilität aus dem Zeeman-Effekt her. Das Resultat wird auf Moleküle verallgemeinert. Kollektive Effekte in Molekülen erhöhen deren Suszeptibilität, was unter dem Terminus Aromatizität zusammengefasst wird. Wir vergleichen zwei physikalische Erklärungen dieses Phänomens und stellen fest, dass wir durch die experimentelle Bestimmung der unterschiedlichen Beiträge zur Suszeptibilität zur Klärung des Konzepts der Aromatizität beitragen können.
Im Anschluß stellen wir unser Kapitza-Dirac-Talbot-Lau Interferometer (KDTLI) für Materiewellen vor. Nach der Erarbeitung der allgemeinen Grundlagen der Interferenz wird der Talbot-Lau Effekt und der Kapitza-Dirac-Effekt diskutiert und das setup des Experiments eingeführt. Um das volle Potential der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten unseres Interferometers in der Deflektometrie auszunützen, muß es kalibriert werden. Wir präsentieren die Ergebnisse der entsprechenden Messungen.
Schließlich wurde eine Anordnung von Magneten entworfen, die es erlaubt, den quadratischen Zeeman-Effekt für Moleküle zu messen. Deflektometrie mit ausgedehnten Strahlen diamagnetischer Moleküle stellt strikte Anforderungen an das verwendete Feld. Die vorgeschlagene Lösung wurde mit der Methode der Finiten Elemente simuliert und anschließend hergestellt. Die Ergebnisse der Simulation werden mit der Charakterisierung des Magnetsystems verglichen. Abschließend stellen wir mögliche Anwendungen des Magnetsystems vor.
Abstract
(Englisch)
This thesis treats deflectometry in a matter wave interferometer for neutral molecules. Deflection of beams of atoms and nanoparticles in the gas phase by inhomogeneous static electric and magnetic fields is used to determine their properties. Interferometers enhance the sensitivity of deflection experiments by orders of magnitude.
We begin with an introduction into the basics of the magnetism of free atoms. The van Vleck-formula for the magnetic susceptibility is derived from the Zeeman-effect. The generalization of the result to molecules is discussed. Collective effects in diamagnetic molecules cause an increase in their susceptibility, which is subsumed under the term \glqq aromaticity\grqq . We compare two physical explanations for aromaticity and conclude that by experimentally distinguishing the different contributions to the susceptibility we help to clarify this notion.
Then we present the concept and the setup of our Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer (KDTLI) for matter waves in the near-field regime. After general considerations on diffraction we introduce the Talbot-Lau effect and the Kapitza-Dirac-effect as physical foundation of our interferometer. We discuss the setup of our experiment and its possible applications in deflectometry. To reach its full potential the deflectometer has to be calibrated. We perform the according measurements and present their results.
Finally an arrangement of magnets has been developed for the measurement of the quadratic Zeeman effect for molecules in deflection experiments. The deflection of extended beams of diamagnetic molecules requires a constant force. The proposed solution was simulated with the finite elements method and finally manufactured. The results of the simulation are compared with those of the characterization of the magnetic system. Possible applications are discussed and some candidate molecules and their relevant properties are introduced.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Interferometry Deflectometry matter waves Halbach Kapitza Dirac Talbot Lau
Schlagwörter
(Deutsch)
Interferometrie Deflektometrie Materiewellen Halbach Kapitza Dirac Talbot Lau
Autor*innen
Lukas Bernhard Mairhofer
Haupttitel (Englisch)
Deflectometry in a Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer for matter waves
Paralleltitel (Deutsch)
Deflektometrie in einem Kapitza-Dirac-Talbot-Lau Interferometer für Materiewellen
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
106 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Markus Arndt
AC Nummer
AC11217787
Utheses ID
23992
Studienkennzahl
UA | 411 | | |