Abbildung exotischer Dimere

20. März 2023

drei unterschiedlich colorierte Quadrate

Foto: AG Hemmerich

Die Abbildung zeigt eine nahezu homogene Besetzung der zweiten Brillouin-Zone in einem optischen Quadratgitter aus Atomen (links), Atomen & Molekülen (Mitte), oder nur Molekülen (rechts).

Forschern vom Institut für Laserphysik der Universität Hamburg ist es erstmals gelungen, bosonische Feshbach Moleküle aus je zwei fermionischen Atomen im zweiten Bloch-Band eines optischen Gitters zu erzeugen und abzubilden. Die Wissenschaftler berichten im Fachmagazin Nature Physics über die Untersuchung dieser exotischen Dimere.

Feshbach-Moleküle sind Paare von Atomen im letzten gebundenen Zustand unterhalb der Dissoziationsgrenze. Sie können mit Hilfe einer Feshbach-Resonanz durch eine schnelle adiabatische Veränderung der Streulänge gebildet werden. Um Feshbach-Moleküle und ungepaarte Atome im zweiten Bloch-Band eines optischen Gitters zu unterscheiden, nutzten die Wissenschaftler eine verblüffend einfache Abbildungsmethode, die Ähnlichkeiten mit der Technik der Massenspektrometrie aufweist. Dies ermöglichte es dem Team bestehend aus Yann Kiefer, Max Hachmann und Andreas Hemmerich, der auch im Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ forscht, Lebensdauern und Bindungsenergien der exotischen Dimere präzise zu vermessen.

Neue Formen der Superfluidität erwartet

Diese Ergebnisse öffnen die Tür zu einer Reihe spannender Untersuchungen unkonventioneller Vielteilchen-Szenarien. Für kondensierte bosonische Atome im zweiten Bloch-Band konnte bereits gezeigt werden, dass diese chiralen Charakter haben und sogar topologische Anregungen besitzen können. Verwendet man statt bosonischer Atome aus fermionischen Atomen zusammengesetzte Feshbach-Moleküle, entstehe eine äußerst interessante neue Möglichkeit, so die Wissenschaftler: Verstimmt man die zunächst positive Streulänge mit Hilfe einer Feshbach-Resonanz adiabatisch zu negativen Werten, so entstehen aus repulsiv gebundenen Molekülen attraktiv gebundene Cooper-Paare. Hier erwarten die Forscher neue Formen der Suprafluidität mit exotischen Eigenschaften jenseits der konventionellen BCS-Theorie.