In recent years ultracold atomic gases have emerged as a new and promising platform for exploring the physics of quantum many-body systems, allowing researchers to revisit fundamental problems of condensed-matter physics such as superconductivity or magnetism. By trapping ultracold atoms in the periodic potential created by interfering laser beams (a so-called optical lattice), it has indeed become possible to engineer very clean ?materials? whose parameters can be tuned in a wide range. This bottom-up approach comes very close to Feynman?s idea of a ?quantum simulator?, an

In recent years ultracold atomic gases have emerged as a new and promising platform for exploring the physics of quantum many-body systems, allowing researchers to revisit fundamental problems of condensed-matter physics such as superconductivity or magnetism. By trapping ultracold atoms in the periodic potential created by interfering laser beams (a so-called optical lattice), it has indeed become possible to engineer very clean ``materials" whose parameters can be tuned in a wide range. This bottom-up approach comes very close to Feynman's idea of a ``quantum simulator", and should give a new access to long standing open problems such as frustrated quantum magnetism or high-temperature superconductivity. Furthermore, these systems also allow for the realization of completely novel situations without counterpart in the solid-state context. The goal of this project is to design and construct an optical lattice setup for a quantum gas experiment using a superlattice approach. In this configuration several periodic potentials are overlaid, leading to a crystalline structure of (dynamically) adjustable geometry. The project has a theoretical and an experimental part. In a first part, several possible beam configurations (depending on the geometrical arrangement of the beams, their exact frequencies and their trapping or anti-trapping character) have been analyzed and the corresponding band structures calculated. In a second part, a test laser setup has been designed and constructed, and the required stabilization systems (intensity and phase) have been developed.

En los últimos años los gases atómicos ultrafríos se han convertido en una nueva y prometedora plataforma para explorar la física de los sistemas de múltiples cuerpos, permitiendo a los investigadores repensar problemas fundamentales de la física de materia condensada, tales como la superconductividad o el magnetismo. Atrapando átomos ultrafríos en el potencial periódico creado por haces láser interferentes (las denominadas redes ópticas), es posible crear materiales artificiales muy bien definidos y con unos parámetros que se pueden ajustar en un amplio rango. Este enfoque desde abajo hacia arriba resulta muy cercano a la idea de simulador cuántico concebida por Feynman. Esto ha permitido replantear problemas que llevan abiertos muchos años tales como el magnetismo cuántico frustrado o superconducitivitat a altas temperaturas. Además, estos sistemas también permiten explorar situaciones completamente nuevas sin equivalente en un contexto del estado sólido. El objetivo de este proyecto ha consistido en diseñar y construir un montaje para generar redes cristalinas en un experimento de gases cuánticos utilizando un enfoque de "superred”. En esta configuración, múltiples potenciales periódicos se superponen dando lugar a una estructura cristalina de geometría (dinámicamente) ajustable. El proyecto consta de una parte teórica y otra experimental. En una primera parte, se han analizado varias configuraciones de haces (en función de su disposición geométrica, sus frecuencias exactas y su carácter trampa o anti-trampa) y se han calculado las estructuras de bandas correspondientes. En una segunda parte, se ha diseñado y construido un equipo láser de prueba y se han desarrollado los sistemas de estabilización (de intensidad y fase) necesarios.

En els darrers anys els gasos atòmics ultrafreds han esdevingut una nova i prometedora plataforma per explorar la física dels sistemes de múltiples cosos, permetent als investigadors repensar problemes fonamentals de la física de matèria condensada, tals com la superconductivitat o el magnetisme. Atrapant atoms ultrafreds en el potencial periòdic creat per feixos làser interferents (les denominades xarxes òptiques), ha esdevingut possible crear materials artificials molt ben definits, els paràmetres dels quals es poden ajustar en un ampli rang. Aquest enfocament des de baix cap a dalt és molt proper a la idea de simulador quàntic concebida per Feynman. Això ha permès replantejar problemes que porten oberts molts anys tals com el magnetisme quàntic frustrat o la superconducitivitat a altes temperatures. A més a més, aquests sistemes també permeten explorar situacions completament noves sense cap equivalent en un contexte de l’estat sòlid. L’objectiu d’aquest projecte ha consistit en dissenyar i construir un muntatge per generar xarxes cristal·lines en un experiment de gasos quàntics utilitzant un enfocament de “superxarxa”. En aquesta configuració, multiples potencials periòdics se superposen donant lloc a una estructura cristal·lina de geometria (dinàmicament) ajustable. El projecte consta d’una part teòrica i una altra experimental. En una primera part, s’han analitzat diverses configuracions de feixos (en funció de la seva disposició geomètrica, les seves freqüències exactes i el seu caràcter trampa o anti-trampa) i s’han calculat les estructures de bandes corresponents. En una segona part, s’ha dissenyat i construït un equip làser de prova i s’han desenvolupat els sistemes d’estabilització (d’intensitat i fase) necessaris.