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Large and ultra-flat optical traps for uniform quantum gases

Frye-Arndt, Kai und Glaysher, Matthew und Rhyno, Brendan und Glaeser, Marius und Koch, Matthias und Seckmeyer, Stefan und Ahlers, Holger und Herr, Waldemar und Gaaloul, Naceur und Schubert, Christian und Rasel, Ernst Maria (2026) Large and ultra-flat optical traps for uniform quantum gases. Scientific Reports, 16 (1). Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-026-52493-9. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1038/s41598-026-52493-9

Kurzfassung

Ultracold atomic gases with uniform density can be created by flat-bottom optical traps. These gases provide an ideal platform to study many-body physics in a system that allows for simple connections with theoretical models and emulation of numerous effects from a wide range of fields of physics. In Earth-bound laboratories the trap sizes, number of species and states, as well as the range of physical effects are largely restricted by the adopted levitation technique. Homogeneous ultracold gases in microgravity simulators and space however offer an interesting perspective which is actively being pursued. To effectively make use of a gravity-compensated laboratory, realizing box potentials with large spatial extent enables access to previously inaccessible length scales and reduce finite-size and boundary effects. We present an approach based on two identical orthogonally aligned acousto-optic deflector setups to generate large time-averaged optical potentials with trapping volumes up to three orders of magnitude larger than conventional setups. These potentials follow power-law scalings with exponents of up to 152. We characterize the system and validate its performance through simulations of the mean-field ground state of a quantum gas, including dynamical excitations arising from the realistic time-dependent painting potentials. The implementation of this setup may open new directions at the interface with condensed matter, few-body Efimov physics or the exploration of critical, non-equilibrium phenomena. Abstract taken from: Frye-Arndt, K., Glaysher, M., Rhyno, B. et al. Large and ultra-flat optical traps for uniform quantum gases. Sci Rep 16, 15171 (2026), CC-BY 4.0

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224698/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Large and ultra-flat optical traps for uniform quantum gases
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Frye-Arndt, KaiInst. f. Quantenoptik, Leibniz-Univ. HannoverNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Glaysher, MatthewInstitute of Quantum Optics, Leibniz University Hannover DE, QUEST-Leibniz Research School DE, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rhyno, BrendanInstitute of Quantum Optics, Leibniz University Hannover DE, QUEST-Leibniz Research School DE, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Glaeser, MariusInstitute of Quantum Optics, Leibniz University Hannover DE, QUEST-Leibniz Research School DE, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koch, MatthiasInstitute of Quantum Optics, Leibniz University Hannover DE, QUEST-Leibniz Research School DE, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seckmeyer, StefanInstitute of Quantum Optics, Leibniz University Hannover DE, QUEST-Leibniz Research School DE, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ahlers, HolgerHolger.Ahlers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Herr, WaldemarWaldemar.Herr (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3685-2729NICHT SPEZIFIZIERT
Gaaloul, NaceurInstitut für Quantenoptik, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schubert, ChristianChristian.Schubert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-1991-5379216456795
Rasel, Ernst MariaInstitut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.1038/s41598-026-52493-9
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:quantum sensor, cold atoms, Bose-Einstein condensate, optical dipole trap, blue-detuned potential, optics, atom optics
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt BECCAL
Standort: Hannover
Institute & Einrichtungen:Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik > Quantensensorik
Hinterlegt von: Schubert, Christian
Hinterlegt am:02 Jun 2026 08:38
Letzte Änderung:02 Jun 2026 08:38

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