@article{HaakhIntravaiaHenkel2010, author = {Haakh, Harald Richard and Intravaia, Francesco and Henkel, Carsten}, title = {Temperature dependence of the plasmonic Casimir interaction}, issn = {1050-2947}, doi = {10.1103/Physreva.82.012507}, year = {2010}, abstract = {We investigate the role of surface plasmons in the electromagnetic Casimir effect at finite temperature, including situations out of global thermal equilibrium. The free energy is calculated analytically and expanded for different regimes of distances and temperatures. Similar to the zero-temperature case, the interaction changes from attraction to repulsion with distance. Thermal effects are shown to be negligible for small plate separations and at room temperature but become dominant and repulsive at large values of these parameters. In configurations out of global thermal equilibrium, we show that the selective excitation of surface plasmons can create a repulsive Casimir force between metal plates.}, language = {en} } @article{HaakhHenkel2012, author = {Haakh, Harald Richard and Henkel, Carsten}, title = {Magnetic near fields as a probe of charge transport in spatially dispersive conductors}, series = {The European physical journal : B, Condensed matter and complex systems}, volume = {85}, journal = {The European physical journal : B, Condensed matter and complex systems}, number = {1}, publisher = {Springer}, address = {New York}, issn = {1434-6028}, doi = {10.1140/epjb/e2011-20567-1}, pages = {12}, year = {2012}, abstract = {We calculate magnetic field fluctuations above a conductor with a nonlocal response (spatial dispersion) and consider a large range of distances. The cross-over from ballistic to diffusive charge transport leads to a reduced noise spectrum at distances below the electronic mean free path, as compared to a local description. We also find that the mean free path provides a lower limit to the correlation (coherence) length of the near field fluctuations. The short-distance behaviour is common to a wide range of materials, including semiconductors and superconductors. Our discussion is aimed at atom chip experiments where spin-flip transitions give access to material properties with mesoscopic spatial resolution. The results also hint at fundamental limits to the coherent operation of miniaturised atom traps and matter-wave interferometers.}, language = {en} } @misc{Haakh2009, type = {Master Thesis}, author = {Haakh, Harald Richard}, title = {Cavity QED with superconductors and its application to the Casimir effect}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-32564}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2009}, abstract = {Diese Diplomarbeit untersucht den Casimir-Effekt zwischen normal- und supraleitenden Platten {\"u}ber einen weiten Temperaturbereich, sowie die Casimir-Polder-Wechselwirkung zwischen einem Atom und einer solchen Oberfl{\"a}che. Hierzu wurden vorwiegend numerische und asymptotische Rechnungen durchgef{\"u}hrt. Die optischen Eigenschaften der Oberfl{\"a}chen werden dann aus dielektrischen Funktionen oder optischen Leitf{\"a}higkeiten erhalten. Wichtige Modellen werden vorgestellt und insbesondere im Hinblick auf ihre analytischen und kausalen Eigenschaften untersucht. Es wird vorgestellt, wie sich die Casimir-Energie zwischen zwei normalleitenden Platten berechnen l{\"a}sst. Fr{\"u}here Arbeiten {\"u}ber den in allen metallischen Kavit{\"a}ten vorhandenen Beitrag von Oberfl{\"a}chenplasmonen zur Casimir-Wechselwirkung wurden zum ersten mal auf endliche Temperaturen erweitert. F{\"u}r Supraleiter wird eine analytische Fortsetzung der BCS-Leitf{\"a}higkeiten zu rein imagin{\"a}ren Frequenzen, sowohl innerhalb wie außerhalb des schmutzigen Grenzfalles verschwindender mittlerer freier Wegl{\"a}nge vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die aus dieser neuen Beschreibung erhaltene freie Casimir-Energie in bestimmten Bereichen der Materialparameter hervorragend mit der im Rahmen des Zwei-Fluid-Modells f{\"u}r den Supraleiter berechneten {\"u}bereinstimmt. Die Casimir-Entropie einer supraleitenden Kavit{\"a}t erf{\"u}llt den Nernstschen W{\"a}rmesatz und weist einen charakteristischen Sprung beim Erreichen des supraleitenden Phasen{\"u}bergangs auf. Diese Effekte treten ebenfalls in der magnetischen Casimir-Polder-Wechselwirkung eines Atoms mit einer supraleitenden Oberfl{\"a}che auf. Es wird ferner gezeigt, dass die magnetische Dipol-Wechselwirkung eines Atomes mit einem Metall sehr stark von den dissipativen Eigenschaften und insbesondere von den Oberfl{\"a}chenstr{\"o}men abh{\"a}ngt. Dies f{\"u}hrt zu einer starken Unterdr{\"u}ckung der magnetischen Casimir-Polder-Energie bei endlichen Temperaturen und Abst{\"a}nden oberhalb der thermischen Wellenl{\"a}nge. Die Casimir-Polder-Entropie verletzt in einigen Modellen den Nernstschen W{\"a}rmesatz.{\"A}hnliche Effekte werden f{\"u}r den Casimir-Effekt zwischen Platten kontrovers diskutiert. In den entsprechenden elektrischen Dipol-Wechselwirkungen tritt keiner dieser Effekte auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das bekannte Plasma-Modells als Grenzfall eines Supraleiters bei niedrigen Temperaturen (bekannt als London-Theorie) zu betrachten, statt als Beschreibung eines normales Metalles. Supraleiter bieten die M{\"o}glichkeit, die Dissipation der Oberfl{\"a}chenstr{\"o}me in hohem Maße zu steuern. Dies k{\"o}nnte einen experimentellen Zugang zu den optischen Eigenschaften von Metallen bei niedrigen Frequenzen erlauben, die eng mit dem thermischen Casimir-Effekt verkn{\"u}pft sind. Anders als in entsprechenden Mikrowellen-Experimenten sind hierbei die Energien und Impulse unabh{\"a}ngige Gr{\"o}ßen. Die Messung der Oberfl{\"a}chenwechselwirkung zwischen Atomen und Supraleitern ist mit den heute verf{\"u}gbaren Atomfallen auf Mikrochips m{\"o}glich und der magnetische Anteil der Wechselwirkung sollte spektroskopischen Techniken zug{\"a}nglich sein}, language = {en} } @phdthesis{Haakh2012, author = {Haakh, Harald Richard}, title = {Fluctuation-mediated interactions of atoms and surfaces on a mesoscopic scale}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61819}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2012}, abstract = {Thermal and quantum fluctuations of the electromagnetic near field of atoms and macroscopic bodies play a key role in quantum electrodynamics (QED), as in the Lamb shift. They lead, e.g., to atomic level shifts, dispersion interactions (Van der Waals-Casimir-Polder interactions), and state broadening (Purcell effect) because the field is subject to boundary conditions. Such effects can be observed with high precision on the mesoscopic scale which can be accessed in micro-electro-mechanical systems (MEMS) and solid-state-based magnetic microtraps for cold atoms ('atom chips'). A quantum field theory of atoms (molecules) and photons is adapted to nonequilibrium situations. Atoms and photons are described as fully quantized while macroscopic bodies can be included in terms of classical reflection amplitudes, similar to the scattering approach of cavity QED. The formalism is applied to the study of nonequilibrium two-body potentials. We then investigate the impact of the material properties of metals on the electromagnetic surface noise, with applications to atomic trapping in atom-chip setups and quantum computing, and on the magnetic dipole contribution to the Van der Waals-Casimir-Polder potential in and out of thermal equilibrium. In both cases, the particular properties of superconductors are of high interest. Surface-mode contributions, which dominate the near-field fluctuations, are discussed in the context of the (partial) dynamic atomic dressing after a rapid change of a system parameter and in the Casimir interaction between two conducting plates, where nonequilibrium configurations can give rise to repulsion.}, language = {en} } @article{BimonteHaakhHenkeletal.2010, author = {Bimonte, Giuseppe and Haakh, Harald Richard and Henkel, Carsten and Intravaia, Francesco}, title = {Optical BCS conductivity at imaginary frequencies and dispersion energies of superconductors}, issn = {1751-8113}, doi = {10.1088/1751-8113/43/14/145304}, year = {2010}, abstract = {We present an efficient expression for the analytic continuation to arbitrary complex frequencies of the complex optical and ac conductivity of a homogeneous superconductor with an arbitrary mean free path. Knowledge of this quantity is fundamental in the calculation of thermodynamic potentials and dispersion energies involving type-I superconducting bodies. When considered for imaginary frequencies, our formula evaluates faster than previous schemes involving Kramers-Kronig transforms. A number of applications illustrate its efficiency: a simplified low-frequency expansion of the conductivity, the electromagnetic bulk self-energy due to longitudinal plasma oscillations, and the Casimir free energy of a superconducting cavity.}, language = {en} }