Title: Tailoring trap current distributions in superconducting atomchips
Language: English
Authors: Gerstenecker, Benedikt 
Qualification level: Diploma
Keywords: Ultrakalte Atome; Magnetfeldmessung; Supraleitung; Hybrid Quantensysteme
ultra cold atoms; magnetic field sensing; supra conductivity; hybrid quantum systems
Advisor: Schmiedmayer, Hannes-Jörg 
Assisting Advisor: Diorico, Fritz Randulf 
Minniberger, Stefan
Issue Date: 2017
Number of Pages: 101
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Zweck des Experiments ist die Erzeugung von Hybrid-Quantensystemen durch die Kombination ultrakalter Atome mit Supraleitern. Kürzlich gewonnene Messergebnisse deuteten darauf hin, dass die Stromverteilung in einem supraleitenden Atomchip-Draht programmierbar ist, was das Generieren beliebig geformter Atomfallenstrukturen ermöglichen würde. Ein Quench-Setup wurde aufgebaut, mit dem die remanente Magnetisierung in einem supraleitenden Draht gelöscht werden kann. Dabei wird ein Hochleistungslaser verwendet, um den Supraleiter innerhalb von Millisekunden in seinen ursprünglichen Zustand zurückzusetzen. Mit Hilfe einer Anordnung aus Magnetspulen werden kalte 87Rb Atome aus einer MOT Kammer bei Raumtemperatur in ein kryogenes Milieu bei 4K transportiert. Da diese Atome hochsensitiv für Magnetfelder sind, können sie als Messinstrument für solche eingesetzt werden. Das MOT-Setup wurde hinsichtlich der Atomzahl optimiert, was letztlich bis zu 3x10 9 Atome mit Temperaturen um 500-600µK lieferte. Etwa 3x10 8 Atome erreichen die Experimentierkammer, wo sie mittels evaporativen Kühlens mit einem Radiofrequenzsignal auf das Laden in eine Chipfalle vorbereitet werden. Diese Kühlphase wurde kürzlich erweitert und sollte bald in einer äußerst dichten Atomwolke resultieren. Obwohl noch einiges an Verbesserungspotential vorhanden ist, wurden in einer QUIC-Falle bereits Temperaturen in der Größenordnung von 10µK beobachtet. In naher Zukunft dürften Messungen neue Einsichten in das Hystereseverhalten von Typ-2-Supraleitern geben. Das wird neue Perspektiven bezüglich der Analyse und der Anwendung besonderer Eigenschaften von supraleitenden Oberflächen eröffnen, wobei ultrakalte Atome für das Messen der Magnetfelder benutzt werden können.

The experiment aims at the generation of hybrid quantum systems, combining ultracold atomic physics and superconductivity. Recent results suggested the possibility of tailoring current distributions in a superconducting atomchip wire and thereby creating arbitrarily shaped trapping structures. A quenching setup has been implemented, which allows for erasing the remnant magnetization of the superconducting wire. Employing a high power laser, it is utilized for resetting the superconductor to its virgin state within milliseconds. By means of an array of magnetic coils, cold 87Rb atoms are transported from a room temperature MOT chamber to a 4K cryogenic environment. These atoms are highly sensitive to magnetic fields, which makes them a useful tool for field sensing. In order to maximize the atom count, the entire MOT setup has been optimized. This resulted in up to 3x10 9 atoms with a temperature of 500-600µK. Around 3 x10 8 atoms reach the cold science chamber, where they are prepared for loading into a chip trap, utilizing evaporative cooling with an rf source. This cooling phase has recently been extended and should result in a very dense atom cloud soon. Although it still has room for improvement, atom cloud temperatures of the order of 10µK in a QUIC trap have been observed. In the near future, measurements are expected to give new insights into the hysteresis behavior of type-II superconductors. This will open up new perspectives on both probing and utilizing specific properties of superconducting surfaces, employing ultracold atoms as field sensors.
URI: http://media.obvsg.at/AC13685429-2001
Library ID: AC13685429
Organisation: E141 - Atominstitut 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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