Polarons, Dressed Molecules, and Itinerant Ferromagnetism in ultracold Fermi gases

In this review, we discuss the properties of a few impurity atoms immersed in a gas of ultracold fermions, the so-called Fermi polaron problem. On one side, this many-body system is appealing because it can be described almost exactly with simple diagrammatic and/or variational theoretical approaches. On the other, it provides quantitatively reliable insight into the phase diagram of strongly interacting population imbalanced quantum mixtures. In particular, we show that the polaron problem can be applied to study itinerant ferromagnetism, a long standing problem in quantum mechanics.Comment: Review paper; published version, 48 pages and 23 figure

Litografia con atomi di Cesio raffreddati

Candidato: Matteo Zaccanti Titolo Tesi: Litografia con atomi di Cesio raffreddati Relatore: Prof. Ennio Arimondo Questo lavoro di tesi descrive il montaggio ex novo, da noi eseguito, di un apparato sperimentale- evoluzione di un precedente esperimento -destinato alla nanodeposizione ed alla litografia atomica, che utilizza un fascio di atomi di Cesio freddi, nonché la caratterizzazione delle varie parti dell’ esperimento, e l’ esposizione dei primi risultati da noi ottenuti. Nonostante oggigiorno sia stata già dimostrata la possibilità di fare litografia atomica con svariati elementi (quali Cesio, Cromo, Alluminio, ed altri) - opportunamente raffreddati sfruttando tecniche di laser cooling (che saranno esposte nella prima parte della tesi)- con la realizzazione di nanostrutture di varie forme (linee, reticoli, reticoli esagonali), l’ esperimento da noi messo a punto ha la originalità assoluta di utilizzare atomi ”lenti”, oltreché ”freddi”: mentre in tutti gli esperimenti di litografia atomica si utilizza, infatti, un forno per generare gli atomi che andranno a formare il fascio, i.e. si scalda il metallo di interesse fino a temperature dell’ ordine di 500 K, e si manipolano gli atomi così liberati, fino ad ottenere un fascio freddo (i.e. con basse velocità longitudinali), il fascio atomico da noi messo a punto è costituito, invece, da atomi dotati di velocità basse sia nelle direzioni trasversali a quella di propagazione del fascio (pochi cm/s), sia in quella longitudinale(10 m/s); ciò permette una maggiore sensibilità sperimentale ed una migliore risoluzione del processo litografico. L’ apparato messo a punto nel corso di questa tesi è costituito da una sorgente di atomi di Cs freddi (MOT piramidale), dalla quale essi vengono estratti con continuità (imbuto atomico), e collimati in un unico step (fase di collimazione) che genera il fascio atomico; questo viene infine fatto incidere su un substrato su cui è creata una nanostruttura 1D, attraverso l’ interazione del fascio con una maschera ottica (fase di deposizione). L’ elaborato è articolato secondo il seguente schema: • Viene fornita una descrizione teorica delle tecniche di rareddamento e di manipolazione di atomi neutri che si sono utilizzate per realizzare questo esperimento, e sono messi in evidenza i parametri fondamentali che regolano tali processi, e che sono stati pertanto esaminati e studiati nel corso della caratterizzazione delle varie parti costituenti l’ esperimento. • Viene descritto l’ apparato sperimentale nelle sue varie parti. • Viene analizzata la sorgente di atomi dell’ apparato, e caratterizzata al variare dei principali parametri sperimentali. • Viene riportata la caratterizzazione del fascio atomico in uscita dall’ imbuto atomico e sono evidenziate le sue caratteristiche di divergenza, velocità, profilo, etc..Vengono descritte quindi le principali peculiarità del fascio dopo la fase di collimazione. • Viene descritto come, a partire dal fascio collimato, siamo stati in grado di produrre una nanostruttura su un substrato opportunamente trattato, attraverso l’ interazione del fascio con una maschera ottica (formata da un’ onda stazionaria), e dopo un processo chimico di sviluppo del campione impressionato (etching)

Multiple scattering measurements in laboratory and foggy atmosphere

Multiple scattering affects propagation of light beams in turbid media. Backscattering or forward scattering based measurements of atmospheric parameters are influenced by this effect. Although largely studied theoretically, the effect needs measurements in control of situations due to the large variety of situations of practical importance. The results of laboratory measurements pertaining to the transmission of a collimated light beam (Helium-Neon souce, 10 mW) through suspensions of latex spheres in water are presented and a comparison was made with the predictions of calculation in a foggy atmosphere will also be presented

Realization of a high power optical trapping setup free from thermal lensing effects

Transmission of high power laser beams through partially absorbing materials modifies the light propagation via a thermally-induced effect known as thermal lensing. This may cause changes in the beam waist position and degrade the beam quality. Here we characterize the effect of thermal lensing associated with the different elements typically employed in an optical trapping setup for cold atoms experiments. We find that the only relevant thermal lens is represented by the $TeO_2$ crystal of the acousto-optic modulator exploited to adjust the laser power on the atomic sample. We then devise a simple and totally passive scheme that enables to realize an inexpensive optical trapping apparatus essentially free from thermal lensing effects

Feshbach resonances in ultracold K(39)

We discover several magnetic Feshbach resonances in collisions of ultracold K(39) atoms, by studying atom losses and molecule formation. Accurate determination of the magnetic-field resonance locations allows us to optimize a quantum collision model for potassium isotopes. We employ the model to predict the magnetic-field dependence of scattering lengths and of near-threshold molecular levels. Our findings will be useful to plan future experiments on ultracold potassium atoms and molecules.Comment: 7 pages, 6 figure

39-K Bose-Einstein condensate with tunable interactions

We produce a Bose-Einstein condensate of 39-K atoms. Condensation of this species with naturally small and negative scattering length is achieved by a combination of sympathetic cooling with 87-Rb and direct evaporation, exploiting the magnetic tuning of both inter- and intra-species interactions at Feshbach resonances. We explore tunability of the self-interactions by studying the expansion and the stability of the condensate. We find that a 39-K condensate is interesting for future experiments requiring a weakly interacting Bose gas.Comment: 5 page

Accurate near-threshold model for ultracold KRb dimers from interisotope Feshbach spectroscopy

We investigate magnetic Feshbach resonances in two different ultracold K-Rb mixtures. Information on the K(39)-Rb(87) isotopic pair is combined with novel and pre-existing observations of resonance patterns for K(40)-Rb(87). Interisotope resonance spectroscopy improves significantly our near-threshold model for scattering and bound-state calculations. Our analysis determines the number of bound states in singlet/triplet potentials and establishes precisely near threshold parameters for all K-Rb pairs of interest for experiments with both atoms and molecules. In addition, the model verifies the validity of the Born-Oppenheimer approximation at the present level of accuracy.Comment: 9 pages, 7 figure