MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham005586
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a539
■1001  ▼aDuspayev,  Alisher.
■24510▼aPrecision  Measurements  and  Quantum  Sensing  Using  Cold  Atoms
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a240  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Raithel,  Georg.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aAtoms  cooled  and  trapped  using  laser  light  have  become  the  backbone  of  modern  quantum  physics  research.  Various  new  applications  based  on  laser-cooled  atoms  are  in  active  development.  The  work  described  in  this  dissertation  is  dedicated  to  this  endeavor.  I  present  experimental  and  numerical  investigations  on  several  fundamental  properties  of  the  laser-cooled  atoms  in  different  quantum  states  and  how  they  may  translate  into  applications  within  several  emerging  atom-based  technologies.First,  I  describe  the  precision  measurements  of  the  dynamic  polarizability  and  photo-ionization  cross-section  at  1064-nm  light  of  the  5D3/2  state  in  rubidium,  which  is  of  interest  for  the  portable  atomic  clocks.  Two  different  spectroscopic  methods  are  implemented  to  extract  the  polarizability  from  the  experimental  data.  The  results  are  statistically  equivalent:  -524(17)  [-499(59)]  atomic  units  from  the  first  [second]  method.  The  photo-ionization  cross  section  of  the  5D3/2  state  at  1064  nm  is  measured  to  be  44(1)  Mb.The  aforementioned  photo-ionization  cross  section  is  suitable  for  efficient  ion  generation  and  the  subsequent  application  in  cold-atom-based  ion  sources.  This  is  demonstrated  in  the  second  study  presented  here.  The  ion  source  employs  a  novel  method  to  monitor  the  electric  microfields  of  the  ions  using  the  Stark  effect  of  the  highly-excited  (Rydberg)  atoms  seeded  within  the  origin  of  the  ion  source.  Rydberg  atoms  are  extremely  sensitive  to  electric  fields  and  serve  as  an  embedded  real-time  sensor  and  tracker  of  the  ion-source  performance  because  of  their  quasi-continuous  creation  and  detection.  The  principles  of  such  ion-microfield  sensing  are  discussed  and  analyzed  in  detail  and  can  be  utilized  in  any  cold-atom-based  focused-ion-beam  source.The  hyperfine  structure  of  the  4D3/2  state  in  rubidium  is  investigated  next.  The  measurement  utilizes  two-photon  optical  absorption  spectroscopy  and  a  detailed  analysis  of  light  shifts.  All  four  hyperfine  components  are  resolved  in  the  experimental  data.  The  magnetic-dipole  and  electric-quadrupole  hyperfine  constants  are  obtained  to  be  7.419(45)  MHz  and  4.19(19)  MHz,  respectively.  Future  applications  of  the  4D3/2  state  in  optical  atomic  clocks  and  Rydberg-atom  physics  are  discussed.Next,  I  investigate  a  Rydberg-atom-ion  molecule  bound  by  long-range  multipolar  forces.  The  molecule  is  the  first  example  of  a  bound  state  between  a  Rydberg  atom  and  an  ion.  Strong  interactions  between  these  two  particles  lead  to  large  molecular  binding  energy  (reaching  a  few  GHz)  and  large  binding  length  (exceeding  1  µm).  The  Born-Oppenheimer  approximation  does  not  hold  for  the  Rydberg-atom-ion  molecule  because  the  motion  of  the  Rydberg-atom  nucleus  is  on  the  same  timescale  as  the  dynamics  of  the  ion.  The  Born-Huang  theory  is  utilized  to  investigate  the  resultant  nonadiabatic  dynamics  of  the  molecule  and  to  make  the  first  fully  quantum  predictions  of  its  lifetime  as  a  function  of  the  vibrational  state  and  quantum  principal  number  of  the  Rydberg  atom.Lastly,  I  present  a  novel  technique  for  atom  interferometry  that  employs  uninterrupted  three-dimensional  confinement  and  manipulation  during  the  interferometric  protocol.  The  atoms  in  the  existing  apparatuses  have  to  follow  several-meter-long  trajectories  along  which  various  detrimental  effects  such  as  wave-packet  dispersion  erase  useful  phase  information.  "Tractor  atom  interferometry"  presented  here  promises  to  suppress  the  harmful  effects  and  improve  the  interferometers'  sensitivity;  provide  flexible  control  over  the  atomic  trajectories;  and  significantly  reduce  the  experimental  footprint.  The  suitability  of  this  approach  for  measuring  background  acceleration  (such  as  due  to  the  gravitational  field)  is  demonstrated.  The  sensitivity  estimations,  experimental  considerations,  and  initial  laboratory  work  are  discussed.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aMolecular  physics
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aAtomic  physics
■650  4▼aQuantum  physics
■653    ▼aCold  atoms
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■653    ▼aRydberg  atoms
■653    ▼aOptical  physics
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■690    ▼a0599
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164466▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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