Wetenschappers van de ITMO University hebben een nieuwe methode ontwikkeld en toegepast om het elektromagnetische veld in ionenvallen te analyseren. Voor de eerste keer, ze verklaarden de veldafwijkingen in niet-lineaire radiofrequentievallen. Dit brengt ons ertoe de vooruitzichten voor niet-lineaire trapstoepassingen te heroverwegen, inclusief ionenkoeling en studies van kwantumverschijnselen. De resultaten worden gepubliceerd in de Journal of Physics B .

Ionenvallen kunnen individuele geladen deeltjes lokaliseren en vasthouden in een besloten ruimte voor latere manipulaties met deze deeltjes, zoals verdringing of zelfs koeling. Het afkoelen van een ion betekent in feite het verminderen van zijn kinetische energie, die dit ion bijna volledig "bevriest". Wetenschappers geloven dat deze techniek in de toekomst zal helpen om kwantumverschijnselen met het blote oog waar te nemen.

Soorten radiofrequentievallen verschillen in de frequentie en configuratie van het veld erin. Om ongeladen deeltjes af te koelen, meestal worden handiger optische vallen gebruikt. Echter, radiofrequentievallen zorgen ervoor dat geladen deeltjes kunnen worden gekoeld tot lagere temperaturen.

Natuurkundigen van ITMO University bestuderen actief radiofrequentievallen en zoeken naar nieuwe manieren om ze effectiever te maken. In hun nieuwe onderzoek ze hebben een nieuwe benadering voorgesteld voor een nauwkeurigere analyse van het elektromagnetische veld in een niet-lineaire radiofrequentieval. In tegenstelling tot eenvoudige lineaire vallen, waarin een ion slechts op één plek van het valgebied wordt vastgehouden, deeltjes in niet-lineaire vallen kunnen op verschillende plaatsen worden "gevangen". Eerder ontwikkelde modellen waren alleen geschikt voor eenvoudige vallen, omdat ze de schending van de veldsymmetrie die optreedt in niet-lineaire vallen niet konden verklaren. Het voorgestelde model is universeler omdat het de symmetriebreking verklaart en geschikt is voor het beschrijven van zowel eenvoudige als complexe vallen.

"Ons onderzoek, wat resulteerde in een nieuwe techniek, begon met een kopje koffie. Ik geniet er echt van en gebruik vaak een koffiezetapparaat op het werk. Irritant, mijn kopje schuift altijd op het blad tijdens de koffiebereiding. En elke keer dat het dat in verschillende richtingen doet, wat betekent dat dit niet wordt veroorzaakt door de algehele kanteling van de machine. Ik heb de literatuur over vibromechanica bestudeerd en ben tot de conclusie gekomen dat de zogenaamde niet-lineaire wrijving de oorzaak is. Toen realiseerde ik me dat dit fenomeen te vinden is in de radiofrequentievallen die we bestuderen. We hebben de methode van volledige bewegingsscheiding toegepast die conventioneel wordt gebruikt in vibromechanica en ontdekten plotseling dat dit het mogelijk maakt om eerder onverklaarbare symmetriebrekingen in de vallen te beschrijven", zegt Semyon Rudyi van Nonlinear Optics Laboratory van de ITMO University.

Wetenschappers hebben hun methode getest op de experimentele gegevens die in eerdere onderzoeken zijn verkregen. Oude modellen van radiofrequentie-trapping waren niet in staat om vreemde afwijkingen te verklaren die plaatsvinden in niet-lineaire vallen, die de vooruitzichten van niet-lineaire traps-toepassingen beperkten. In het kader van het voorgestelde model, deze afwijkingen waren volledig gerechtvaardigd. De nieuwe benadering helpt bij het voorspellen en controleren van de lokalisatie van geladen deeltjes voor verschillende elektrodeposities en spanningen. Dit is nodig om efficiëntere radiofrequentievallen te creëren voor verschillende toepassingen.

"Hoewel dit werk theoretisch is, het hangt nauw samen met de praktijk. Onze groep ontwikkelt nieuwe ontwerpen van radiofrequentievallen en construeert deze om vervolgens verschillende geladen deeltjes te lokaliseren. We onderzoeken ook theoretisch nanokristallen die diep gekoeld zijn in deze vallen, omdat deze deeltjes kwantumeffecten kunnen modelleren. Onze studies brengen vaak onverwachte interessante resultaten en brengen ons dichter bij interactie met kwantumverschijnselen, " merkt Tatiana Vovk op van Laboratory of Modelling and Design of Nanostructures aan de ITMO University.