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Talbot-Lau schemes and Bragg diffraction
theory and applications in high-mass matter-wave interferometry
Filip Bartlomiej Kialka
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Physik)
Betreuer*innen
Markus Arndt ,
Klaus Hornberger
DOI
10.25365/thesis.70150
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11170.60493.437530-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Dissertation beschreibt theoretische Arbeiten, die im Zusammenhang mit den Molekül-Interferenz-Experimenten an der Universität Wien durchgeführt wurden.
Die erzielten Ergebnisse reichen von der Simulation und Analyse experimenteller Daten bis zum Vorschlag eines neuen Interferenzschemas für Atome und Moleküle in toroidalen Fallengeometrien.
Das erste Hauptergebnis der Arbeit ist die Phasenraumbeschreibung eines Nahfeldinterferometers mit einer beliebigen Anzahl von Gittern.
Diese Theorie wird verwendet, um ein Talbot-Lau-Interferometer mit vier Gittern zu analysieren, bei dem eine passive Kompensation niederfrequenter Schwingungen und der Coriolis-Kraft erwartet wird.
Die Kompensation wird numerisch bestätigt und ihre Effizienz mit bestehenden Techniken verglichen.
Das zweite Hauptergebnis ist die experimentelle Demonstration von Bragg-Beugung komplexer Moleküle an optischen Gittern, zu der der Autor das grundlegende experimentelle Design, Simulationen und die Interpretation der Daten beigetragen hat.
Dieses Experiment stellt einen ersten Schritt in Richtung kohärenter Manipulationstechniken mit großem Impulsübertrag für schwere Moleküle und Cluster dar.
Das dritte Hauptergebnis ist ein neues Interferenzschema für Materiewellen in toroidalen Fallengeometrien.
Die Erzeugung und Rekombination der Superposition erfolgt in diesem Schema durch die freie Zeitentwicklung im Wellenleiter und erfordert keine Wechselwirkung mit externen Feldern.
Das Schema kann mit Bose-Einstein-Kondensaten realisiert werden und erlaubt, schwache Atom-Atom-Wechselwirkungen oder Magnetfeldgradienten zu messen.
Abstract
(Englisch)
This thesis describes theoretical work carried out in connection with the high-mass matter-wave interference experiments at the University of Vienna.
Its scope ranges from the simulation and analysis of experimental data to the proposal of a trapped interference scheme applicable to a variety of matter-wave platforms.
The first main result of the thesis is the phase-space description of a near-field interferometer with any number of gratings.
This theory is used to analyze a four-grating Talbot-Lau interferometer, in which passive compensation of low-frequency vibrations and of the Coriolis force are expected.
The compensation is numerically confirmed and its effectiveness is compared to existing techniques.
The second main result is the demonstration of Bragg diffraction of complex molecules on optical gratings, to which the author contributed the basic experimental design, simulations, and the interpretation of the data.
This demonstration is a first step towards applying large momentum transfer coherent manipulation techniques to the interference of heavy molecules and clusters.
The third main result is a new interference scheme for matter waves in toroidal confinement.
The beam splitting and recombination in this scheme rely on the free evolution in the waveguide and require no interaction with the matter waves.
The scheme is within reach of state-of-the-art experiments with Bose-Einstein condensates, where it could be used to measure weak atom-atom interactions or magnetic field gradients.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Talbot-Lau Interferometry Bragg Diffraction Matter-Waves
Schlagwörter
(Deutsch)
Talbot-Lau-Interferenz Bragg-Beugung Materiewellen Interferometrie
Autor*innen
Filip Bartlomiej Kialka
Haupttitel (Englisch)
Talbot-Lau schemes and Bragg diffraction
Hauptuntertitel (Englisch)
theory and applications in high-mass matter-wave interferometry
Paralleltitel (Deutsch)
Talbot-Lau-Interferenz und Bragg-Beugung
Paralleluntertitel (Deutsch)
Theorie und Anwendungen in der Materiewellen-Interferometrie massreicher Teilchen
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
ix, 171 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Klaus Hornberger ,
Albert Roura
AC Nummer
AC16462894
Utheses ID
60023
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |