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Atomic and molecular beam methods for matter wave interferometry
Linus Noah Ian Fynn Kulman
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Markus Arndt
DOI
10.25365/thesis.79283
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28801.67588.362341-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Interferometrie mit Materiewellen hat sich zu einem zentralen Werkzeug entwickelt, um den Übergang zwischen Quanten- und klassischer Physik zu untersuchen und Fundamentalkonstanten, Inertialkräfte und molekulare Eigenschaften mit hoher Präzision zu messen. Die Ausdehnung dieser Verfahren auf Polypeptide und Proteine in Molekularstrahlen unter Hochvakuumbedingungen eröffnet die Möglichkeit, molekulare Komplexität zu erforschen und Quanteneffekte auf zunehmend makroskopischen Skalen sichtbar zu machen. Da viele Biomoleküle aufgrund ihrer Komplexität nicht ohne Weiteres ionisiert werden können, sind neue Strategien erforderlich, um sie im neutralen Zustand und bei den für Materiewellenexperimente typischen niedrigen kinetischen Energien als Strahlen zu präparieren und nachzuweisen. Diese Arbeit behandelt die Erzeugung kohärenter Strahlen, optische Strahlteilerstrategien für schwer ionisierbare Moleküle sowie die Detektion neutraler Moleküle mit supraleitenden Nanodrahtdetektoren. Die Funktionsweise der Detektoren beruht auf der hohen Empfindlichkeit des supraleitenden Zustands gegenüber thermischen Anregungen. Wir demonstrieren den Nachweis metastabiler Atome und neutraler Moleküle mit kinetischen Energien von nur wenigen Elektronenvolt bei Wirkungsgraden, die jene herkömmlicher Sekundärelektronenvervielfacher um mehr als sechs Größenordnungen übertreffen. Als Modellsystem für molekulare Fragmentationsprozesse werden Photospaltungsexperimente mit Rutheniumkomplexen vorgestellt. Zudem demonstrieren wir die Beugung metastabilen Heliums, das künftig in der Justage eines Interferometers für Biomoleküle eingesetzt werden könnte.
Abstract
(Englisch)
Matter-wave interferometry has become a key tool for exploring the quantum-classical transition and for precision measurements of fundamental constants, inertial forces, and molecular properties. Extending these techniques to polypeptides and proteins in molecular beams under high vacuum opens the possibility to study molecular complexity and probe quantum effects at increasingly macroscopic scales. However, biomolecular interferometry is particularly challenging due to the complexity of these compounds, which often precludes ionization. Accordingly, new strategies are required to manipulate and detect neutral molecules at the low kinetic energies characteristic of matter-wave experiments. This thesis discusses the generation of coherent beams, optical beam-splitting strategies for molecules that cannot be easily ionized, and the detection of neutral massive particles with superconducting nanowire detectors. These detectors exploit the sensitivity of the superconducting state to thermal excitations. We demonstrate that it is possible to detect metastable atoms and neutral molecules with kinetic energies of only a few electronvolts, at efficiencies exceeding those of conventional secondary electron multipliers by more than six orders of magnitude. In addition, photocleavage experiments with ruthenium complexes are presented as a model for studying molecular fragmentation processes. We demonstrate additionally the diffraction of metastable Helium, which may later serve in the alignment stage of a future matter-wave interferometer.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Matteriewellen Quantenmechanik Supraleitender Nanodrahtdetektor Neutrale Detektion Quantenoptik Interferometrie Beugung Gitter Photofragmentierung Ladungstransfer Überschallexpansion SSPD
Schlagwörter
(Englisch)
matter waves quantum mechanics superconducting nanowire detector neutral detection quantum optics interferometry diffraction grating mechanisms photofragmentation charge transfer supersonic expansion SSPD
Autor*innen
Linus Noah Ian Fynn Kulman
Haupttitel (Englisch)
Atomic and molecular beam methods for matter wave interferometry
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
iv, 73 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Markus Arndt
AC Nummer
AC17641242
Utheses ID
77464
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |