咖啡机帮助物理学家提高离子阱的效率

ITMO大学的科学家开发并应用了一种分析离子阱内电磁场的新方法。他们第一次解释了非线性射频陷阱内的场偏差。这允许重新考虑非线性陷阱应用的前景,包括离子冷却和量子现象的研究。结果发表在Journal of Physics B上。

离子阱可以在受限空间中定位和抑制单个带电粒子,以便随后用这些粒子进行操作,例如置换或甚至冷却。离子的冷却基本上意味着减少其动能,其几乎完全“冻结”该离子。科学家认为,未来这种技术将有助于用肉眼观察量子现象。

射频陷阱的类型在其内部场的频率和配置方面不同。为了冷却不带电的颗粒,通常使用更方便的光学陷阱。然而,射频陷阱允许将带电粒子冷却到较低温度。

来自ITMO大学的物理学家积极研究射频陷阱并寻找新方法使其更有效。在他们的新研究中,他们提出了一种新方法,用于更准确地分析非线性射频陷阱内的电磁场。与简单的线性陷阱不同,其中离子仅限制在陷阱区域的一个点中,非线性陷阱中的粒子可以被“捕获”在几个点中。以前开发的模型仅适用于简单的陷阱,因为它们无法解释非线性陷阱中发生的场对称违规。所提出的模型更具通用性,因为它解释了对称性破坏,并且适用于描述简单和复杂的陷阱。

“我们的研究产生了一种新技术,从咖啡杯开始。我非常喜欢它,经常在工作时使用咖啡机。令人讨厌的是,在准备咖啡时,我的杯子总是在托盘上滑动。并且每次它在不同方向上这样做,这意味着这不是由机器的整体倾斜引起的。我研究了有关振动力学的文献,并得出结论:所谓的非线性摩擦是罪魁祸首。然后我意识到这种现象可以在我们研究的射频陷阱中找到。我们已经应用了常规用于振动力学的完全运动分离方法,突然发现这可以描述陷阱中先前无法解释的对称性破裂!“ ITMO大学非线性光学实验室的Semyon Rudyi说。

科学家们已经在先前研究中获得的实验数据上测试了他们的方法。旧的射频捕获模型无法解释非线性陷阱中发生的奇怪偏差,这限制了非线性陷阱应用的前景。在拟议模型的框架内,这些偏差是完全合理的。新方法有助于预测和控制不同电极位置和电压的带电粒子的定位。这对于为各种应用创建更有效的射频陷阱是必要的。

“尽管这项工作是理论性的,但它与实践密切相关。我们小组开发了新的射频陷阱设计并构建它们,从而定位各种带电粒子。我们还从理论上研究了在这些陷阱中深度冷却的纳米晶体,因为这些粒子可以模拟量子效应。我们的研究经常带来意想不到的有趣结果,使我们更接近与量子现象的相互作用,“ ITMO大学纳米结构建模与设计实验室的Tatiana Vovk指出。

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