In this thesis, both experimental studies and numerical simulations of ultracold atoms in optical potentials are presented in a collection of nine scientific papers. In particular, noise-induced transport in dissipative optical lattices and superfluid properties of Bose-Einstein condensates have been studied. Noise is usually regarded as a complication to most systems and as something that needs to be minimized. However, in a series of experiments at Umeå University, noise has been shown to play a key role for laser-cooled cesium atoms trapped in dissipative optical lattices. By using a combination of two dissipative optical lattices, where the relative spatial phase between them can be controlled, a so-called Brownian motor can be realized, where energy can be extracted from the inherent noise. In the experiment, this energy is used to control the transport of the laser-cooled atoms in real time and along pre-designed paths. This thesis also presents a way to characterize this system in terms of energy conversion efficiency and coherence of the transport, which may allow for a more straightforward comparison with other systems that rely on noise rectification. In the studies, it is also shown that the noise triggers a downward drift due to gravity, even though the optical potential should support the atoms. Further investigation of this might help to understand the underlying principles of laser cooling, as well as showing that the system might be suitable as a flexible test bed for statistical physics. In close relation to the experimental system, two numerical simulations are also presented, one in which different ways to induce asymmetries between two periodic potentials are investigated, and one in which a proposal for detecting quantum walks is explored. In the second part of the thesis, a work from the Joint Quantum Institute is presented, where a long-lived persistent current in a toroidal Bose-Einstein condensate, held in an all-optical trap, is created. The critical velocity of the superflow is measured in the presence of a tunable barrier. The system can be seen as a first realization of an elementary closed-loop atom circuit. Finally a theoretical study of the crossover between one- and two-dimensional systems is presented, in particular the transition between a two-dimensional superfluid to a one-dimensional Mott insulator is investigated. / Medelst nio vetenskapliga artiklar presenteras i denna avhandling experimentella och teoretiska studier av ultrakalla atomer fångade i optiska potentialer. Framförallt har brusinducerade transporter och supraytande egenskaper hos Bose-Einstein-kondensat studerats. För de flesta system betraktas brus som något negativt som bör minimeras, men i en serie experiment som redovisas i denna avhandling spelar bruset istället en avgörande positiv roll. I ett system där laserkylda atomer genom växelverkan med laserstrålar fångas i två individuella optiska kristallgitter, kan atomernas kollektiva rörelse styras genom att energi utvinns ur det inneboende bruset. I denna avhandling, genom att kontrollera de optiska potentialerna i realtid, visas att atomernas kollektiva rörelse kan styras längs förutbestämda banor med en så kallade Brownska motor. I ett annat experiment mäts verkningsgraden i omvandligen mellan brus och arbete, samt koherensen i atomtransporten. En sådan karakterisering gör att systemet blir enklare att jämföra med andra system som bygger på liknande principer. I avhandlingen presenteras också en studie där det visas att det inneboende bruset i systemet, tillsammans med en svag kraft, i detta fall från gravitation, kan skapa drifter trots att de optiska potentialerna borde vara tillräckligt djupa för att atomerna ska vara fångade. Denna upptäckt kan leda till ökad grundläggande kundskap om laserkylning. Dessutom visar det att systemet kan beskrivas med modeller från statistisk fysik. I relation till det experimentella systemet i Umeå redovisas även två teoretiska studier, en för två symmetriska periodiska potentialer och deras sätt att möjliggöra inducerade drifter med olika typ av asymmetrier, samt en annan för möjligheten att genomföra och detektera kvantvandringar. I avhandlingen presenteras också ett experimentellt arbete utfört vid Joint Quantum Institute, där en långlivad ihållande ström i ett torusformat Bose-Einstein-kondensat har skapats i en optisk fälla. Den kritiska hastigheten på strömmen har mätts i närvaron av en ställbar optisk barriär. Detta system kan ses som en första realisation av en grundläggande atomkrets. Slutligen presenteras även en teoretisk studie av övergången mellan en- och tvådimensionella system, där fasövergången mellan superytande och Mottisolation studeras.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:umu-39541 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Zelan, Martin |
| Publisher | Umeå universitet, Institutionen för fysik, Umeå : Umeå universitet, Institutionen för fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0017 seconds