Theoretische atomare, molekulare und optische Physik

Die meisten polyatomaren Systeme, die von der Physik, Chemie und Biologie erforscht werden, sind sehr komplex. Ein Ansatz, ihre Eigenschaften zu verstehen, geht "top-down" vor, d.h. durch die Isolierung einzelner Teile des Systems und die Untersuchung seines Verhaltens auf einem immer kleineren Maßstab. Starke Korrelationen zwischen den Bestandteilen, deren Kopplungen an die Umgebung und wenig Kontrolle über „realistische“ Systeme machen eine solche Trennung schwierig.

In letzter Zeit gab es enorme Fortschritte in der experimentellen Untersuchung kontrollierbarer Quantensysteme (dazu zählen kalte Atome, Moleküle und Ionen, an Resonatoren gekoppelte Photonen, Defekte in Festkörpern, supraleitende Schaltkreise, mechanische Oszillatoren und viele Hybridsysteme). In mehreren Fällen haben WissenschaftlerInnen einen höchstmöglichen Grad von Kontrollierbarkeit erreicht, der es erlaubt, Partikel in einen erwünschten Quantenzustand zu versetzen, ihre Entwicklung durch die Manipulation des mikrosophischen Hamilton-Operator zu steuern und die daraus entstehenden kollektiven Zustände auf Einzelpartikelniveau zu messen. Zusätzlich ist die einstellbare „Öffnung“ des Systems möglich geworden, indem es an eine kontrollierte Umgebung gekoppelt wird.

Damit steht ein kompletter Werkzeugkasten bereit, um den „Bottum-up“-Ansatz zu verfolgen, d.h. zu untersuchen, wie vielgestaltige Phänomene aus einer zunehmenden Zahl von Partikeln entstehen. Derzeit verbinden sich solche „Bottum-up“-Studien von Quantenphänomenen zu einem neuen Forschungsgebiet, dessen rasche Entwicklung durch intensive Zusammenarbeit von Theoretikern und Experimenalforschern gefördert wird. Mikhail Lemeshkos Forschung will dieses Forschungsgebiet durch theoretische Untersuchungen von stark interagierenden und ungleichgewichtigen Systemen vorantreiben, die auf ultrakalten Atomen, Molekülen und Ionen beruhen.

Kontakt

Mikhail Lemeshko
Institute of Science and Technology Austria (IST Austria)
Am Campus 1
A – 3400 Klosterneuburg

Phone: +43 (0)2243 9000-6001
Fax: +43 (0)2243 9000 2000
E-mail: mikhail.lemeshko@remove-this.ist.ac.at

CV und Publikationsliste

Website der Lemeshko Gruppe

Assistentin

Jessica de Antoni

Phone: +43 (0)2243 9000-1178
E-mail: jessica.deantoni@remove-this.ist.ac.at

Team

  • Giacomo Bighin, Postdoc
  • Igor Cherpanov, PhD Student
  • Xiang Li, PhD Student
  • Bikashkali Midya, Postdoc (ISTfellow)
  • Laleh Safari, Postdoc (ISTfellow)
  • Enderalp Yakaboylu, Postdoc

Offene Positionen

Ich suche nach hoch motivierten PhD Studierenden und Postdocs, die an theoretischer Forschung an der Schnittstelle von atomarer, molekularer, chemischer und Feststoffphysik interessiert sind. Falls Sie sich als PhD Studierende/er meiner Forschungsgruppe anschließen wollen, bewerben Sie sich bitte an der IST Graduate School (Sie können mich gerne vorher kontieren). Falls Sie Interesse habe, als Postdoc mit mir zu arbeiten, kontaktieren Sie mich bitte direkt.

Ausgewählte Projekte

• Untersuchung offener Quantensysteme und Erforschung, wie sich die Streuung auf der mikroskopischen Ebene verhält.

Die Kopplung an ein fluktuierendes Bad führt in vielen Applikationen wie z.B. bei der Verarbeitung von Quanteninformation und der kohärenten Spektroskopie zu unerwünschter Dekohärenz. In anderen Fällen ergeben sich aus der Interaktion mit der Umgebung neue Folgen, wie z.B. die veränderte Lokalisierung im Spin-Boson-Modell oder die erhöhte Wirksamkeit des Energietransfers in photosynthetischen Komplexen. Die Kontrollierbarkeit vor modernen ultrakalten Experimenten ermöglicht nicht nur, dass wir die Folgen von Streuung, sondern auch ihren Einsatz als Mittel zur Herstellung von Quantenzuständen verstehen.

Vor kurzem konnten wir zeigen, dass nicht-konservative, streuungsbedingte Kräfte eine Verbindung zwischen ultrakalten Atomen oder Molekülen durch nicht-konservative, streuungsbedingte Kräfte hervorrufen. Solche „streuungsbegrenzten Moleküle“ können sich bilden, wenn es abstoßende Wechselwirkungen zwischen Partikeln gibt. Eine Ausweitung dieser Überlegung auf ein System aus vielen Partikeln führt zu einer streuungsbedingten räumlichen Langstreckenordnung in ultrakalten Gasen [2].

• Mehrkörperphysik ultrakalter Quantengase: Quantensimulation von Phänomenen, die in der „konventionellen“ Physik der kondensiverten Materie vorkommen und Hamilton-Operatoren mit neuen, bisher unbeobachteten Phänomenen erzeugen.

Unsere neueste Forschung betraf das Mehrkörperverhalten von vierpolaren Quantengasen [3] and die Herstellung von stark wechselwirkenden Zuständen von polaren Molekülen in optischen Gittern [4].

• Entwicklung von Techniken zur Manipulation von Atomen, Molekülen und Wechselwirkungen zwischen ihnen mit elektromagnetischen Feldern [5, 6] und der Einsatz dieser Erkenntnisse für die oben beschriebenen Richtungen sowie für praktische Anwendungen, z.B. der Einsatz von kalten Molekülen als elektromagnetischen Sensoren [7].

Ausgewählte Publikationen

[1] M. Lemeshko, H. Weimer
Dissipative binding of atoms by non-conservative forces,
Nature Communications 4, 2230 (2013)

[2] J. Otterbach, M. Lemeshko
Dissipative Preparation of Long-Range Spatial Order in Rydberg-Dressed Bose-Einstein Condensates, Phys. Rev. Lett. 113, 070401 (2014)

[3] S. G. Bhongale, L. Mathey, E. Zhao, S. F. Yelin, M. Lemeshko
Quantum phases of quadrupolar Fermi gases in optical lattices,
Phys. Rev. Lett., 110, 155301 (2013)Lemeshko Gruppe

[4] M. Lemeshko, R. V. Krems, H. Weimer.
Non-adiabatic preparation of spin crystals with ultracold polar molecules,
Phys. Rev. Lett. 109, 035301 (2012)

[5] M. Lemeshko, R. V. Krems, J. M. Doyle, S. Kais
Manipulation of molecules with electromagnetic fields
Molecular Physics 111, 1648 (2013)arXiv:1306.0912

[6] M. Lemeshko
Shaping interactions between polar molecules with far-off-resonant light
Phys. Rev. A 83, 051402 (Rapid Comm.) (2011)

[7] S. V. Alyabyshev, M. Lemeshko, R. V. Krems
Sensitive imaging of electromagnetic fields with paramagnetic polar molecules, Phys. Rev. A 86, 013409 (2012)http://pra.aps.org/abstract/PRA/v86/i1/e013409

Karriere

Seit 2014 Assistant Professor, IST Austria
2011-2014 ITAMP Postdoctoral Fellow, Harvard University, Cambridge, MA, USA
2011 PhD in AMO Physik, Fritz Haber Institut der Max Planck Gesellschaft, Berlin
2007 MSc in Condensed Matter Physics, Southern Federal Univ, Rostov, Russland

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