Кофемашина помогла физикам понять механизм ионных ловушек

Ученые из Университета ИТМО разработали и применили новый метод анализа электромагнитного поля внутри ионных ловушек. Они впервые объяснили отклонение внутри нелинейных радиочастотных ловушек. Это подводит к пересмотру перспектив применения нелинейных ловушек, включая ионное охлаждение и исследования квантовых явлений.

Ионные ловушки могут локализовывать и удерживать отдельные заряженные частицы в ограниченном пространстве для последующих манипуляций с ними, например, охлаждения. Охлаждение иона означает уменьшение его кинетической энергии. Ученые считают, что в будущем эта методика поможет наблюдать квантовые явления невооруженным глазом.

Типы радиочастотных ловушек различаются по частоте и конфигурации поля внутри них. Для охлаждения незаряженных частиц обычно используются более удобные оптические ловушки. Однако радиочастотные позволяют охлаждать заряженные частицы до более низких температур.

Физики из Университета ИТМО активно изучают их, надеясь найти новые способы повысить эффективность. В своих новых исследованиях они предложили свежий подход для более точного анализа электромагнитного поля внутри нелинейной радиочастотной ловушки. В отличие от простых линейных, в которых ион удерживается только в одной точке, частицы в нелинейных ловушках могут фиксироваться в нескольких областях. Ранее разработанные модели подходили только для простых линейных ловушек, поскольку они не могли объяснить нарушение симметрии поля, возникающее в нелинейных аналогах. Предложенная модель более универсальна, поскольку объясняет это и подходит для описания как простых, так и сложных ловушек.

«Наше исследование, которое привело к созданию нового метода, началось с кофейной чашки. Мне она очень нравится, а я часто использую кофеварку на работе. Досадно, что моя чашка всегда скользит по подносу во время приготовления кофе. И каждый раз это происходит в разных направлениях, что означает, что это не вызвано общим наклоном машины. Я изучил литературу по вибромеханике и пришел к выводу: виновато так называемое нелинейное трение. Затем я понял, что это явление можно встретить и в радиочастотных ловушках, которые мы изучаем. Мы применили метод полного разделения движения, обычно используемый в вибромеханике, и неожиданно обнаружили, что это позволяет описать ранее необъяснимое нарушение симметрии в ловушках! » говорит Семен Рудий из Лаборатории нелинейной оптики в Университете ИТМО.

Ученые проверили свой метод на экспериментальных данных, полученных в предыдущих исследованиях. Старые модели не могли объяснить странные отклонения, которые встречались в нелинейных ловушках, и это ограничивало перспективы их применения. В рамках предложенной модели эти отклонения были полностью обоснованы. Новый подход помогает прогнозировать и контролировать локализацию заряженных частиц для различных положений электродов и напряжений. Это необходимо для создания более эффективных радиочастотных ловушек для различных целей.

«Несмотря на то, что эта работа носит теоретический характер, она тесно связана с практикой. Наша группа разрабатывает новые конструкции ловушек для последующей локализации различных заряженных частиц. Мы также теоретически исследуем нанокристаллы, охлажденные в этих ловушках, поскольку такие частицы могут создать квантовые эффекты. Наши исследования часто дают неожиданные интересные результаты и приближают нас к взаимодействию с квантовыми явлениями», — отмечает Татьяна Вовк из Лаборатории моделирования и конструирования наноструктур в Университете ИТМО.

Источник: Semyon S Rudyi et al. Features of the effective potential formed by multipole ion trap, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics (2019). DOI: 10.1088/1361-6455/ab14a2

Оставьте комментарий:

Ваш e-mail не будет опубликован.