Supersolidität in dipolaren Zweikomponenten-Kondensaten

Wenn sie auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlt werden, können scheinbar alltägliche Materialien in exotische Quantenphasen der Materie übergehen. Ältere Beispiele sind Supraleiter, die elektrische Ströme widerstandslos leiten können, sowie supraflüssiges Helium, das mit einer Viskosität von Null fließen kann. In jüngerer Zeit wurden verdünnte Dämpfe von Metallatomen auf ultrakalte Temperaturen abgekühlt, um die ursprüngliche Realisierung des seit langem vorhergesagten Bose-Einstein-Kondensats zu bestätigen, eine Art supraflüssiges Gas, in dem die Atome zu einer riesigen Materiewelle verschmelzen. Heutzutage ist es routinemäßig möglich, verdünnte Gase bei Temperaturen im Nanokelvin- Bereich einzufangen und abzukühlen, wodurch sich ein Fenster direkt in die Quantenwelt öffnet, in der sich Quanteneffekte auf makroskopischen Längenskalen manifestieren, die tatsächlich mit einer Kamera beobachtet werden können. Solche Quantengase bieten Plattformen mit großer Vielseitigkeit und einem hohen Maß an Kontrolle, die die Schaffung und Erforschung neuartiger Materiephasen mit potenziellen Anwendungen für künftige Quantentechnologien ermöglichen. Aus theoretischer Sicht sind Quantengase etwas Besonderes, weil ihre Verdünnung bedeutet, dass Theorien aus ersten Prinzipien entwickelt getestet werden können. Vor einigen Jahren wurden Quantengase verwendet, um eine sogenannte supersolide Phase zu realisieren. Der Grund für diesen Namen ist, dass solche Materiezustände gleichzeitig Eigenschaften eines Festkörpers und eines Suprafluids aufweisen. Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Supersolidität ist, dass das zugrundeliegende Quantengas aus dipolaren Atomen bestehen kann, wobei sich jedes Atom wie ein winziger Stabmagnet verhält, und die daraus resultierenden Wechselwirkungen zwischen den Atomen wichtige Analogien zu herkömmlichen Systemen aus kondensierter Materie ergeben. Dies führt zu festkörperähnlichen und flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften, obwohl die zugrunde liegende Substanz immer noch ein ultraverdünntes Gas ist. In diesem Projekt sollen neuartige supersolide Phasen theoretisch und rechnerisch erforscht werden, indem zwei verschiedene Quantengase mit unausgeglichenen Dipolstärken kombiniert werden, d. h. eine der Komponenten hat Atome mit einem größeren Dipolmoment als die andere Komponente. Die zahlreichen Freiheitsgrade und Wechselwirkungsquellen, die Zweikomponenten-Dipolsysteme bieten, versprechen eine bemerkenswert reiche Palette an physikalischen Phänomenen, die noch weitgehend unerforscht sind. Wir sagen voraus, dass Supersolide mit zwei dipolaren Komponenten durch einen grundlegend anderen Mechanismus stabilisiert werden können als die derzeitige Generation von Supersoliden. Neben der Erforschung neuer physikalischer Phänomene erwarten wir, dass dies ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung der ersten großen Supersolids sein wird, die notwendig sind, um die Masseneigenschaften von den Effekten der endlichen Größe zu trennen.