Kompakte Atomchiptechnologie für den Einsatz unter Schwerelosigkeit (KACTUS)

Ziel des KACTUS Projekts ist eine weitere Miniaturisierung und Weiterentwicklung von wissenschaftlichen Geräten zur Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten, einem makroskopischen Quantenobjekt, in dem sich die Mehrzahl aller Teilchen im gleichen quantenmechanischen Zustand befinden. Diese weisen alle die gleiche Wellenfunktion auf und bilden damit die Grundlage für die Atominterferometrie, bei der die Wellen-Eigenschaften von Atomen analysiert werden, um etwa die Gravitationskonstante zu bestimmen.

Konkret soll in diesem Projekt der Aufbau der sogenannten Atomchips verbessert werden. Dabei handelt es sich um planare Leiterstrukturen, mit denen allein oder in Kombination mit Spulenpaaren Magnetfeldkonfigurationen erzeugt werden, in denen neutrale Atome gefangen werden können. Im Vergleich zu Aufbauten, die lediglich auf Spulenpaaren basieren, bieten Atomchipapparaturen einige Vorteile, die besonders für den Einsatz von Experimenten unter Schwerelosigkeit interessant sind. So sind zum Beispiel die Größe der Systeme, ihre Masse und ihre Leistungsaufnahme deutlich geringer. Außerdem ist es möglich, eine schnellere Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten zu realisieren. Dafür müssen die Atomchips jedoch in Ultrahochvakuumkammern (10^-7 bis 10^-12 mbar) integriert werden und daher entsprechend geringe Ausgasraten aufweisen.

Bisherige Techniken erfüllen diese Anforderung nur mit großen Einschränkungen. Hieraus resultiert beispielsweise eine Verringerung der Lebensdauer der Bose-Einstein-Kondensate. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen diese Nachteile adressiert werden und gleichzeitig die Vorteile ausgebaut werden. Verschiedene Ansatzpunkte zur Verbesserung umfassen unter anderen die Entwicklung von Atomchips mit hermetischen Stromdurchführungen, womit die bisher verwendeten elektrischen Durchführungen eingespart werden können. Durch den gleichzeitigen Einsatz von kleberfreien Produktionsmethoden kann das Ausgasen der Atomchips wesentlich verringert und so die Lebensdauer und damit die Teilchenzahlen ultrakalter atomarer Ensembles nahe des Chips deutlich erhöht werden. Zudem wird es möglich, mit den neuen Materialien Chipoberflächen mit besseren als bisher erzielten optischen Güten zu erreichen.