Am Freitag, dem 21. Januar 2022, 08:00 Uhr, findet die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Johannes Block (Theoretische Physik, AG Prof. Scheel) zum Thema “Surface-modified interactions between Rydberg atoms” als Online-Veranstaltung statt.
Anmeldungen unter: verteidigungen.physikuni-rostockde bis 20.01.2022
Abstract
Rydberg atoms are highly excited atoms that offer a plethora of possible applications due to their intriguing properties. One of the key features of Rydberg atoms is the Rydberg blockade where only a single Rydberg excitation in a certain volume is allowed. This blockade mechanism is a direct result of the strong interactions between Rydberg atoms via the van der Waals potential. The van der Waals force belongs to the dispersion forces that originate in the quantum nature of the electromagnetic field. It is well known from the theory of dispersion forces that macroscopic objects in the vicinity of particles can influence the interaction potential significantly. Since many Rydberg atomic experiments are conducted near surfaces, the question arises to what extend these surfaces play a role in the experiments or whether these boundary effects can be utilized. In this work both one-particle and two-particle systems in front of surfaces are investigated. Internal atom dynamics for a single atom are investigated up to a fourth order equation of motion. For two particles, both analytical and numerical investigations of the pair potential as a function of surface distance are conducted. It is shown that there is a window of surface distances where surface-induced molecules of two Rydberg atoms may exist, so-called Rydberg macrodimers.
Zusammenfassung
Rydberg-Atome sind hoch angeregte Atome, die durch ihre faszinierenden Eigenschaften eine Vielzahl von Anwendungsbereichen bieten. Ein besonderer Effekt und Baustein vieler Anwendungen ist die Rydberg-Blockade, bei der in einem bestimmten Volumen nur ein einziges Atom in den Rydbergzustand angeregt werden kann. Dieser Blockademechanismus folgt direkt aus den starken Wechselwirkungen zwischen Rydberg-Atomen durch das van der Waals-Potential. Die van der Waals-Kraft gehört zu den Dispersionskräften, die ihren Ursprung in den Quanteneigenschaften des elektromagnetischen Feldes haben. Aus der Theorie zu Dispersionskräften ist bekannt, dass makroskopische Objekte in der Nähe von Teilchen ihr Wechselswirkungspotential signifikant beeinflussen können. Weil auch viele Experimente mit Rydberg-Atomen in der Nähe von Oberflächen durchgeführt werden, stellt sich die Frage, inwiefern diese Oberflächen eine Rolle in den Experimenten spielen und ob die Effekte durch die Grenzflächen sogar genutzt werden können. In dieser Arbeit werden sowohl Ein-Teilchen- als auch Zwei-Teilchen-Systeme in der Nähe von Oberflächen untersucht. Die interne Dynamik eines einzelnen Atoms vor einer Oberfläche wird bis zu einer Bewegungsgleichung vierter Ordnung untersucht. Für Zwei-Teilchen-System werden sowohl analytische als auch numerische Berechnungen des Paarpotentials als Funktion des Oberflächenabstandes durchgeführt. Es wird gezeigt, dass es einen gewissen Bereich vor einer Oberfläche gibt, in dem oberflächeninduzierte Moleküle bestehend aus zwei Rydberg-Atomen, sogenannte Rydberg-Makrodimere, entstehen können.