KIP-Veröffentlichungen

Systeme, die weit vom Gleichgewicht entfernt sind, können drastisch andere Eigenschaften aufweisen, als das gleiche System im Gleichgewicht. In einigen Fällen können neue stationäre Zustände entstehen, welche die Anwendung von theoretischen Modellen ermöglichen, die für Gleichgewichtssituationen entwickelt wurden. In dieser Arbeit beschreiben wir die Entstehung von selbststabilisierten, quadratischen Gittermustern in einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC) mit periodisch modulierter Wechselwirkung. Wir zeigen, dass trotz der dynamischen Natur des Systems der gemusterte Zustand Goldstone-Moden aufweist, die mit denen von Supersoliden, d.h. Superfluiden mit spontan auftretender periodischer Ordnung im Gleichgewicht, identisch sind.

Wir geben zunächst einen kurzen Überblick über die theoretischen Konzepte, die der spontanen Entstehung des Musters und seiner Stabilisierung zugrunde liegen. Anschließend stellen wir die experimentellen Techniken vor, die zur Beobachtung des Musters verwendet werden, wobei wir uns hauptsächlich auf einstellbare Wechselwirkungen und die lokale Kontrolle über die Wolke mithilfe eines Mikrospiegelarray konzentrieren.  Es werden experimentelle Ergebnisse über die Entstehung der Struktur diskutiert, die zeigen, dass das Muster tatsächlich das Ergebnis nichtlinearer Phänomene ist, die weit vom Gleichgewicht einsetzen. Anschließend wenden wir uns der expliziten Aufprägung von Gittern zu, die es uns ermöglicht, die Phonon-Phonon-Wechselwirkungen zu untersuchen, welche die Stabilisierung des Musters erklären. Wir prägen nicht nur ideale Gitter auf, sondern regen auch explizit Gitter- und Superfluiddefekte an und beobachten deren Ausbreitung. Wir identifizieren zwei unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten für longitudinale Anregungen und eine diffusive Mode für transversale Gitterdeformationen. Wir vergleichen die extrahierte Modenstruktur mit einem generischen Modell von superfluiden smektischen Flüssigkristallen und extrahieren die relevanten hydrodynamischen Parameter des Systems. Schließlich vergleichen wir die Dynamik von Wellenpaketen mit kollektiven Moden und finden eine gute Übereinstimmung.

Systems driven far from equilibrium can show radically different properties from the same system at equilibrium. In some cases, new steady-states can emerge, enabling the application of theoretical frameworks typically developed in equilibrium. In this thesis, we discuss the emergence of self-stabilized, square lattice patterns in a Bose-Einstein condensate (BEC) with periodically modulated interactions. We show that despite the dynamical nature of the system, the patterned state displays Goldstone modes that are identical to those of supersolids, which are equilibrium superfluids with spontaneously arising periodic ordering.

We first provide a brief overview of the theoretical concepts underpinning the spontaneous emergence of the pattern, as well as its stabilization. We then present the experimental techniques used to observe the pattern, focusing mainly on tunable interactions and local control over the cloud using a digital micromirror device. Experimental results on the emergence of the structure are discussed, demonstrating that the pattern is truly a result of nonlinear phenomena far from equilibrium. We then turn towards explicit imprinting of lattices, which enables us to probe the phonon-phonon interactions that explain pattern stabilization. Beyond imprinting ideal lattices, we also explicitly instigate lattice and superfluid defects, observing their propagation. 

We identify two distinct speeds of sound for longitudinal excitations and a diffusive mode for transverse lattice deformations. We compare the extracted mode structure to a generic framework of superfluid smectics, extracting relevant hydrodynamic parameters of the system. Finally, we compare the dynamics of wavepackets to collective modes, finding good agreement.