Zwei Gruppen von Forschern am MIT in Cambridge (USA) und an der Universität Innsbruck gelang es 1995 Interferenz-Versuche mit Na-Atomen und -Molekülen ähnlich wie mit Licht durchzuführen. Beugungsgitter für Atome oder Moleküle müssen einen sehr geringen Spaltabstand haben und für Atome durchlässig sein. Es wurden dazu durch Ätzen von SiN-Kristallen nanofabrizierte Gitter mit einem Spaltabstand von typisch 100 nm bei einer Öffnung von 50 nm Breite verwendet. Sie mussten extrem dünn sein und brauchten deshalb eine besondere Stützstruktur, die ihnen Stabilität verlieh. Durch den Ofen zum Verdampfen von Na-Atomen und -Molekülen wurde ein überschallschneller Strom von Krypton-Gas geleitet, auf dem sozusagen Huckepack die Na-Atome und -Moleküle mit der Strömungsgeschwindigkeit "mitritten". Durch diesen Trick hatten sie gemeinsam relativ einheitliche Geschwindigkeit. Das resultierende Interferenzbild war eine inkohärente Überlagerung der Interferenzbilder von Na-Atomen und Na2-Molekülen. Entsprechend der doppelten Masse und der halben deBroglie-Wellenlänge λ = h/p = h/(m·v) ergaben sich für die Maxima der Moleküle halbe Abstände im Vergleich zu den Maxima der Atome. Jedes zweite Molekülmaximum fiel dann mit einem Atommaximum zusammen. Ein entsprechender Versuch ausschließlich mit Molekülen bestätigte das. Die Na-Atome wurde dabei durch einen Laserstrahl in Querrichtung abgelenkt und so aussortiert. Der Laserstrahl war nur resonant mit einem bestimmten Niveauabstand der Atome und wirkte so nur auf diese.

Um kohärente Atomstrahlen zu erzielen, musste der beladene Gasstrahl durch einen sehr engen Kohärenzstrahl laufen, bevor er nach ca. 1 m auf das Beugungsgitter traf. Interferenz-Versuche mit einer 3-Gitter-Anordnung (ähnlich dem Talbot-Lau-Interferometer) verbesserten den Kontrast. Dabei war das mittlere Gitter ein Lichtgitter aus stehenden Lichtwellen, die anderen beiden nanofabrizierte Gitter.

E

1. Die Lagen der zwei Gruppen von Interferenzmaxima bestätigen (wenn es nicht längst außer Zweifel stünde) die deBroglie-Wellenlänge λ = h/p = h/(m·v) bei einer Atom- oder Molekülmasse m, dem Impuls p bzw. der Teilchengeschwindigkeit v. 2. Vielfältige neue Techniken der Atominterferometrie wurden erprobt.

Optics and Interferometry with Na2 Molecules

Michael S. Chapman,1 Christopher R. Ekstrom,1 Troy D. Hammond,1 Richard A. Rubenstein,1 Jörg Schmiedmayer,1,2 Stefan Wehinger,1,2 and David E. Pritchard1

1Department of Physics and Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139
2Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, A-6020 Innsbruck, Austria

(Received 20 January 1995)

We have produced an intense, pure beam of sodium molecules (Na2) by using light forces to separate the atomic and molecular species in a seeded supersonic beam. We used diffraction from a microfabricated grating to study the atomic and molecular sodium in the beam. Using three of these gratings, we constructed a molecule interferometer with fully separated beams and high contrast fringes. We measured both the real and imaginary parts of the index of refraction of neon gas for Na2 molecule de Broglie waves by inserting a gas cell in one arm of the interferometer.