Probing SU(N)-symmetric orbital interactions with ytterbium Fermi gases in optical lattices
In dieser Arbeit wird die Erzeugung und Untersuchung wechselwirkender Ytterbium-Quantengase mit zwei elektronischen Orbitalen in optischen Gittern pr\xe4sentiert. Entartete Fermigase aus Ytterbium oder anderen erdalkali\xe4hnlichen Elementen wurden in j\xfcngster Zeit als Modellsysteme f\xfcr orbitale Ph\xe4nomene in der Festk\xf6rperphysik herangezogen, wie z.B. die Kondoabschirmung, schwere Fermionen und kolossalen magnetischen Widerstand. F\xfcr diese Gase wurde des Weiteren eine hohen SU(N) Symmetrie vorhergesagt, die aus der starken Entkopplung des Kernspins resultiert, und die Erzeugung neuer exotischer Aggregatzust\xe4nde erm\xf6glicht.\nDas SU(N) Hubbard-Modell mit zwei Orbitalen sowie interorbitaler Spinaustauschwechselwirkung l\xe4sst sich mit Hilfe der beiden niedrigsten (meta-)stabilen elektronischen Zust\xe4nde realisieren, welche dabei die Rolle der Elektronen aus unterschiedlichen Orbitalen eines Festk\xf6rpers einnehmen. Die Wechselwirkungen in einer entarteten Mischung verschiedener Spinzust\xe4nde von Yb-173 mit zwei Orbitalen werden durch die Anregung in den metastabilen Zustand in einem zustandsunabh\xe4ngigen Gitter untersucht. Alle Streukan\xe4le f\xfcr die zwei Orbitale werden charakterisiert und die SU(N=6)-Symmetrie wird innerhalb der experimentellen Unsicherheiten nachgewiesen. Von herausragender Bedeutung ist der Nachweis einer sehr starken Spinaustauschwechselwirkung zwischen den zwei Orbitalen, wobei der dazugeh\xf6rige Austauschprozess anhand dynamischen Ausgleichs der Spinpolarizierung zwischen verschiedenen Orbitalen beobachtet wird. Erm\xf6glicht wird dies durch die Implementierung pr\xe4zisionsspektroskopischer Verfahren sowie die vollst\xe4ndige, koh\xe4rente Kontrolle der Besetzung des metasabilen Zustandes. Die Verwirklichung eines SU(N)-symmetrischen Gases mit Spinaustauschwechselwirkung, des grundlegenden Bausteins f\xfcr orbitalen Quantenmagnetismus, ist ein entscheidender Schritt in Richtung der Simulation von wichtigen Vielteilchenmodellen, wie dem Kondo- Gittermodell.