Topologische orbitale optische Gitter mit Bosonen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Hemmerich
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 368544644

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Nach umfangreichen Aufbauarbeiten zeigte sich, dass das im Antrag formulierte Hauptziel, die Erzeugung einer global chiralen superfluiden Phase mit nicht-trivialer Topologie der Anregungsbänder in der geplanten quadratischen Gittergeometrie mit den zur Verfügung stehenden Mitteln nicht in der zur Verfügung stehenden Zeit erreicht werden konnte. Deshalb wurde das Projektziel modifiziert, um mit den vorhandenen Mitteln in der zur Verfügung stehenden Zeit zu relevanten wissenschaftlichen Ergebnissen zu kommen. Zwei im Rahmen der bestehenden apparativen Strukturen behandelbare Fragestellungen wurden thematisiert: 1. Destruktive Quanteninterferenz von Stoßkanälen: Wie können wir die beobachteten langen Lebensdauern von chiralen Superfluiden im zweiten Bloch- Band eines optischen Gitters verstehen, trotz der erwarteten inelastischen Stoßprozesse? 2. Orbitale Stoßdynamik: Welche Rolle spielt der orbitale Freiheitsgrad in höheren Blochbändern für die Wechselwirkungsdynamik? Zu beiden Themenstellungen konnten substanzielle wissenschaftliche Ergebnisse erarbeitet werden. Das ursprüngliche Hauptziel konnte schließlich doch noch in modifizierter Form realisiert werden, was zu einer Veröffentlichung in Nature führte. Die dabei notwendige hexagonale Gittergeometrie konnte jedoch aus Gründen des limitierten optischen Zugangs nicht in der in Hamburg bestehenden Quantengasapparatur implementiert werden. Daher wurde der in Hamburg entwickelte Gitteraufbau im Rahmen einer Kollaboration kopiert und in einem geeigneten apparativen Kontext eingesetzt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Metastable order protected by destructive many-body interference. Physical Review Research 2, 043210 (2020)
  M. Nuske, J. Vargas, M. Hachmann, R. Eichberger, L. Mathey, and A. Hemmerich
  
• Evidence for an atomic chiral superfluid with topological excitations. Nature 596, 227-231 (2021)
  X.-Q. Wang, G.-Q. Luo, J.-Y. Liu, W. V. Liu , A. Hemmerich, Z. Xu
  
• Orbital Many-Body Dynamics of Bosons in the Second Bloch Band of an Optical Lattice. Physical Review Letters 126, 20, 200402 (2021)
  J. Vargas, M. Nuske, R. Eichberger, C. Hippler, L. Mathey, A. Hemmerich