Preparation and Highly Sensitive Detection of Ultracold Molecules

Weise, Dennis

Preparation and Highly Sensitive Detection of Ultracold Molecules

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Weise.pdf(7.34 MB)

Date

2004

Authors

Weise, Dennis

Title in another language

Präparation und höchstempfindlicher Nachweis ultrakalter Moleküle

Publication type

Dissertation

Abstract

This thesis establishes concepts and technology for a new experiment to collisionally cool and magnetically trap molecular samples at ultralow temperatures. The approach combines buffer-gas loading with a strong superconducting quadrupole magnet in a specially designed dilution refrigerator, thereby providing the opportunity to work with a great variety of paramagnetic particles. Trap depths of more than 1.6 T are realized with the current magnet. Initial tests of the complete apparatus are performed with atomic chromium, for which diffusion in a 4He buffer-gas at temperatures between 200 mK and 1200 mK is observed in the presence of trapping fields. Oxygen is identified as a first suitable molecular candidate for trapping. In a preliminary experiment, introduction from room-temperature into a 4.2 K experimental cell is accomplished via capillary injection. For ultra-sensitive detection, the NICE-OHMS technique is implemented at cryogenic temperatures for the first time. Using a scanned cavity with a finesse of 90,000 and a length of 86 mm, an integrated detection sensitivity of 8.8E-9/rtHz is achieved, corresponding to a minimum detectable absorption coefficient of 1.02E-8/cm at 10 ms integration time. The work presented here thus provides a basis for precision studies on trapped samples of oxygen and many other molecules as well.

Summary in another language

Die vorliegende Arbeit stellt ein neues Experiment vor, welches zum Ziel hat, molekulare Gase zu kühlen und bei ultrakalten Temperaturen in einer magnetischen Falle räumlich einzuschließen. Um den Einfang möglichst vieler verschiedener paramagnetischer Spezies zu ermöglichen, wird die Falle in einem speziell entwickeltem Entmischungskryostaten über elastische Stöße mit einem Puffergas aus Heliumatomen geladen. Das Fallenpotential wird von einem darin integrierten supraleitenden Quadrupolmagneten erzeugt, mit dem Fallentiefen von mehr als 1.6 T realisierbar sind. Erste Tests zum Puffergasladen wurden an atomarem Chrom durchgeführt, welches durch Laserablation von einer festen Probe in die Gasphase gebracht wird. Thermalisierung und anschließende Diffusion durch ein 4He Puffergas wurden bei verschiedenen Magnetströmen und Temperaturen zwischen 200 mK und 1200 mK beobachtet. Typische Diffusionszeiten liegen bei etwa 10 s. Die daraus abgeleiteten Stoßquerschnitte für 4He-Cr Kollisionen sind konsistent mit früheren Messungen. Als erster molekularer Kandidat für das Experiment eignet sich aufgrund seines relativ großen magnetischen Moments und günstigen Stoßeigenschaften im ultrakalten Regime Sauerstoff. In einem Vorversuch konnte er über eine beheizte Kapillare in eine Testzelle bei 4.2 K eingebracht werden. Für die höchstempfindliche Detektion mit gleichzeitig hoher spektraler Auflösung wurde erstmals die NICE-OHMS Technik bei kryogenen Temperaturen implementiert. Mithilfe eines Resonators der Finesse 90,000 und einer Länge von 86 mm wurde dabei eine Nachweisempfindlichkeit von 8.8E-9/rtHz erreicht, entsprechend einem Absorptionskoeffizienten von 1.02E-8/cm bei 10 ms Integrationszeit. Damit bieten die hier vorgestellten Techniken eine Grundlage für optische Präzisionsstudien an gefangenem Sauerstoff und einer Vielzahl weiterer atomarer und molekularer Teilchen.

Subject (DDC)

530 Physics

Keywords

Ultrakalte Moleküle,Puffergas-Laden,Magnetfalle,NICE-OHMS,Sauerstoff,Ultracold Molecules,Buffer-gas Loading,Magnetic Trapping,NICE-OHMS,Oxygen

Cite This

ISO 690

WEISE, Dennis, 2004. Preparation and Highly Sensitive Detection of Ultracold Molecules [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

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Examination date of dissertation

December 22, 2004