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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-67840
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2017/6784/


Dynamics and stability of self-organized atomic crystals in optical cavities

Dynamik und Stabilität selbstorganisierter Atomkristalle in optischen Hohlraumresonatoren

Schütz, Stefan

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SWD-Schlagwörter: Hohlraumresonator , Selbstorganisation , Offenes Quantensystem , Quantenoptik
Freie Schlagwörter (Deutsch): Langreichweitige Wechselwirkungen , Getriebene offene Quantensysteme
Freie Schlagwörter (Englisch): self-organization , long-range interactions , driven open quantum systems
Institut: Fachrichtung 7.1 - Theoretische Physik
Fakultät: Fakultät 7 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Morigi, Giovanna (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 10.01.2017
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 03.03.2017
Kurzfassung auf Englisch: This work deals with the theory of atoms coupled to the quantum light field
of an optical resonator and driven by lasers. The studies address a regime
where, above a critical value of the laser intensity, the atoms spontaneously
form regular spatial structures, stabilized by the mechanical effects of the
light. A systematic description of the dynamics leading to self-organized
patterns is provided in the semiclassical limit, whereas the resonator field
is treated as a quantum variable. The equilibrium and out-of-equilibrium
properties are determined, the experimental observables are characterised.
It is shown that these systems constitute a formidable platform to study
criticality in driven-dissipative systems characterized by long-range interactions,
which here arise from multiple photon scattering between the atoms.
Applications for large atomic samples at ultralow temperatures are discussed
in the context of ongoing experiments.
Kurzfassung auf Deutsch: Diese Arbeit befasst sich mit der Theorie von Atomen, die an das Quantenlichtfeld
eines optischen Resonators koppeln und durch Laser getrieben werden.
Die Untersuchungen behandeln einen Bereich, in dem die Atome
oberhalb eines kritischen Wertes der Laserintensität spontan regelmäßige
räumliche Strukturen bilden, die durch die mechanischen Effekte des Lichtes
stabilisiert werden. Die Dynamik, die zu selbstorganisierten Mustern führt,
wird systematisch und im semiklassischen Grenzfall beschrieben, wohingegen
das Resonatorfeld als Quantenvariable behandelt wird. Die Eigenschaften
im Gleichgewicht und außerhalb des Gleichgewichtes werden untersucht,
die experimentellen Observablen werden charakterisiert. Es wird gezeigt,
dass diese Systeme eine eindrucksvolle Plattform bilden, um Kritikalität in
getriebenen dissipativen Systemen mit langreichweitigen Wechselwirkungen
zu untersuchen, die in diesem Fall durch mehrfache Photonenstreuung zwischen
den Atomen hervorgerufen werden. Die Anwendbarkeit auf eine große
Anzahl an Atomen bei ultrakalten Temperaturen wird im Kontext andauernder
Experimente diskutiert.
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