Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Scheel



M.Sc. Helge Dobbertin
(e-mail: helge.dobbertin@web.de )

Dipole-dipole interactions in confined planar geometries

Um Quanteneffekte aus dem Labor in praktische Anwendungen zu überführen, werden skalierbare Plattformen benötigt. Ein Ansatz besteht darin, thermische Gase mit Nanostrukturen zu koppeln, die die atomaren Wechselwirkungen kontrollieren. Um die zugrundeliegenden Prozesse besser zu verstehen, untersucht diese Arbeit die Wechselwirkungen thermischer Gase an einer Oberfläche oder in einer Nanokavität, die nahe ihrer Resonanz angeregt werden. Ein Schwerpunkt ist der Casimir--Polder Effekt, eine durch thermische und Quantenfluktuationen verursachte Wechselwirkung zwischen Atomen und Oberflächen. Die zu seiner Messung verwendeten spektroskopischen Methoden quantifizieren ihn mit einem effektiven Wechselwirkungskoeffizienten. Es zeigt sich, dass sich dieser effektive Koeffizient nicht unmittelbar mit den üblichen Theoriewerten vergleichen lässt. Außerdem werden die Atom-Atom-Wechselwirkungen von dichten, thermischen Gasen in Nanokavitäten untersucht. Es zeigen sich dichteabhängige Linienverschiebungen und -verbreiterungen, die Modelle aus der kontinuierlichen Elektrodynamik nicht erklären können. Sie lassen sich durch die Eigenschaften der Kavität steuern.

Scalable platforms are needed to transfer quantum effects from the laboratory to real-world applications. One approach is to interface thermal vapors with nanostructures that control the atomic interactions. To better understand these processes, this thesis investigates the interactions of thermal vapors that are confined by a planar surface or a nanocavity and subjected to near-resonant light. One focus is on the Casimir--Polder effect, an atom-wall interaction caused by thermal and quantum fluctuations. The spectroscopic methods used to measure the effect quantify it with an effective interaction coefficient. It turns out that this effective coefficient cannot be directly compared with the usual theoretical values. Furthermore, the atom-atom interactions of dense thermal vapors in nanocavities are investigated. Density-dependent line shifts and broadenings beyond continuous electrodynamics models are found. They can be controlled by the properties of the nanocavities.