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In this work, we discuss the resonance states of a quantum particle in a periodic potential plus static force. Originally this problem was formulated for a crystalline electron subject to the static electric field and is known nowadays as the Wannier-Stark problem. We describe a novel approach to the Wannier-Stark problem developed in recent years. This approach allows to compute the complex energy spectrum of a Wannier-Stark system as the poles of a rigorously constructed scattering matrix and, in this sense, solves the Wannier-Stark problem without any approximation. The suggested method is very efficient from the numerical point of view and has proven to be a powerful analytic tool for Wannier-Stark resonances appearing in different physical systems like optical or semiconductor superlattices.
The paper studies the effect of a weak periodic driving on metastable Wannier-Stark states. The decay rate of the ground Wannier-Stark states as a continuous function of the driving frequency is calculated numerically. The theoretical results are compared with experimental data of Wilkinson et at. [Phys.Rev.Lett.76, 4512 (1996)] obtained for cold sodium atoms in an accelerated optical lattice.
Diese Arbeit befasst sich mit der Quantendynamik in gekippten periodischen Strukturen, den so genannten Wannier-Stark-Systemen. Eine wichtige experimentelle Realisierung eines solchen Systems ist die Dynamik ultrakalter Atome in optischen Gittern unter dem Einfluß einer externen Kraft, z.B. der Gravitation. Zunächst wird die Dynamik eines einzelnen quantenmechanischen Teilchens in zweidimensionalen Wannier-Stark-Systemen analysiert. Dieses Teilchen zeigt Lissajous-artige Oszillationen, deren Dynamik sehr sensitiv von der Richtung der externen Kraft abhängt. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Dynamik eines Bose-Einstein-Kondensats im Rahmen eine mean-field-Näherung (Gross-Pitaevskii-Gleichung) untersucht. Neue Phänomene wie eine Zusammenbruch und Wiederaufleben der Oszillationen können mittels einer Entwicklung nach Wannier-Stark-Funktionen in einem einfachen Modell erklärt werden. Schließlich werden die Eigenschaften von gebundenen und Resonanz-zuständen der Gross-Pitaevskii-Gleichung für zwei einfache Modellsysteme (delta-Potential und delta-shell-Potential) untersucht.