Mit dem Dissertationspreis werden am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) vielversprechende Nachwuchsphysikerinnen und -physiker für ihre besonderen Leistungen ausgezeichnet. Der IQOQI Dissertationspreis ist mit einem Preisgeld von 1.000 Euro verbunden und wird an Absolventinnen und Absolventen des PhD- oder Doktoratsstudiums der Universität Innsbruck verliehen, die wissenschaftlich hervorragende Leistungen auf dem Gebiet der Quantenphysik erbracht haben. Nach den Experimentalphysikern Philipp Schindler und Simon Stellmer 2013 und dem Theoretiker Alexander Glätzle 2014 erhält in diesem Jahr der Experimentalphysiker Albert Frisch aus der Forschungsgruppe um Francesca Ferlaino diese Auszeichnung. Er wird am 22. Januar für seine Arbeiten über dipolare Quantengase von Erbium geehrt.
Effizienter und robuster Zugang
In der prämierten Dissertation beschäftigt sich Albert Frisch mit der Erzeugung und Untersuchung des ersten Bose-Einstein-Kondensats und des ersten entarteten Fermigases von Erbiumatomen. Erbium gehört zur Gruppe der Lanthanoide und besitzt ein großes magnetisches Moment. Frisch beschreibt in der Arbeit die experimentelle Apparatur und den Ablauf, welcher zur Erzeugung eines dipolaren Quantengases notwendig ist. Das Hauptaugenmerk legt er dabei auf die Produktion der schmalbandigen magneto-optischen Falle, die eine im Vergleich sehr effiziente und robuste Art der Laserkühlung darstellt und das experimentelle Herstellungsverfahren maßgeblich vereinfacht.
Langreichweitige Dipolwechselwirkung
In den vergangenen zwei Jahrzehnten konzentrierte sich der Großteil der Experimente mit ultrakalten Quantengasen zunächst auf atomare Gase mit kurzreichweitiger Wechselwirkung zwischen den Teilchen. Atome mit großem magnetischen Dipolmoment, wie Chrom, Dysprosium oder Erbium, kamen erst später in den Fokus der Quantenphysiker. „Der Charakter der Wechselwirkung von Erbiumatomen ist nicht nur langreichweitig sondern auch stark richtungsabhängig und prägt dem System qualitativ neue Eigenschaften auf“, erklärt Frisch.
Mit der im Zuge dieser Arbeit entwickelten Apparatur lassen sich einige fundamentale Fragen bezüglich des dipolaren Charakters von Erbium und seiner Natur als Element der Lanthanoide untersuchen. Dazu zählen zum Beispiel die Kollision identischer Fermionen bei ultrakalten Temperaturen und ein extrem dichtes Spektrum von korrelierten Feshbach-Resonanzen. „Aufgrund der richtungsabhängigen Wechselwirkung sind ungewöhnlich viele Molekülzustände, welche die Ursache für Feshbach-Resonanzen sind, stark miteinander gekoppelt. Eine solch starke Kopplung war bisher von Energieniveaus innerhalb schwerer Atomkerne bekannt und eröffnet hier eine komplett neue Betrachtungsweise der Kollision ultrakalter Atome“, führt Frisch aus.
Mithilfe des dipolaren Fermigases aus Erbiumatomen demonstrierten die Forscher darüber hinaus die Deformation der Fermifläche in ein Ellipsoid, welche durch Auswirkungen der Dipolwechselwirkung im Impulsraum zu erklären ist.
Zur Person
Albert Frisch wurde 1984 in Kufstein, Tirol, geboren. Bereits während der Zeit am Bundesrealgymnasium Wörgl war das Physikinteresse groß und so qualifizierte er sich 2001 zur internationalen Physikolympiade. Nach der Matura studierte er Physik an der Universität Innsbruck und forschte dann in der Arbeitsgruppe von Francesca Ferlaino. Sein Doktoratsstudium schloss er im November 2014 mit der nun prämierten Arbeit ab. Seit Mitte 2015 arbeitet Albert Frisch an der Entwicklung von Hochleistungsprozessoren bei IBM Deutschland.
Weitere Informationen:
- Dissertation „Dipolar Quantum Gases of Erbium“ von Albert Frisch (PDF)
- Observation of Fermi surface deformation in a dipolar quantum gas. K.
Aikawa, S. Baier, A. Frisch, M. Mark, C. Ravensbergen, F. Ferlaino. Science
345, 1484 (2014) - Quantum chaos in ultracold collisions of gas-phase erbium atoms. A.
Frisch, M. Mark, K. Aikawa, F. Ferlaino, J. L. Bohn, C. Makrides, A. Petrov,
and S. Kotochigova. Nature 507, 475 (2014) - Bose-Einstein Condensation of Erbium. K. Aikawa, A. Frisch, M. Mark, S.
Baier, A. Rietzler, R. Grimm, and F. Ferlaino. Phys. Rev. Lett. 108, 210401
(2012)