Ett internationellt lag från Sverige, Japan, och Tyskland har satt ett nytt temperaturrekord för så kallade fyrfaldiga jonfällor som fångar elektriskt laddade molekyljoner. De lyckades kyla ner cirka tio miljoner joner till 7,4 K (cirka -265,8 grader Celsius) med hjälp av en buffertgas. Det är ett nytt rekord.

Tidigare var det bara möjligt att kyla ner cirka tusen joner till 7,5 K med hjälp av buffertgas. Dock, tusen joner är inte tillräckligt nära för spektroskopiska analyser. Jonfällan med denna nya metod ger ett nytt tillfälle att använda kryogen röntgenspektroskopi för att studera magnetism och grundtillstånd för molekylära joner. Detta är grunden som behövs för att utveckla nya material för energieffektiv informationsteknik. Arbetet har publicerats i Journal of Chemical Physics .

"Tills nu, alla antog att det inte skulle vara möjligt att nå lägre temperaturer vid en så hög jontäthet med en fyrpolig jonfälla. Men det går att göra ", säger HZB -forskaren Tobias Lau. Detta beror på att det elektromagnetiska RF -fältet inte bara fäller de lagrade jonerna, men "jigglar" dem också så att de ständigt får energi och stiger i temperatur. För att dra ut denna extra energi, laget introducerade helium som buffertgas, och vid relativt högt tryck. "Du måste föreställa dig det här som en kall sirap som dämpar makrorörelsen hos partiklarna, saktar ner deras rotation och översättning ", förklarar Vicente Zamudio-Bayer från universitetet i Freiburg.

Unik experimentell uppsättning

Experimenten utfördes med användning av UE52-PGM-stationen vid BESSY II där polarisering av den mjuka röntgenstrålningen kan varieras. Den experimentella uppsättningen vid denna strållinje är unik för att underlätta röntgenspektroskopi av kryogena joner under externt applicerade magnetfält. Provet kan analyseras i ett externt applicerat magnetfält med hjälp av cirkulärt polariserade röntgenstrålar (röntgenmagnetisk cirkulär dikroism/XMCD). Detta ger information om de magnetiska momenten hos elektronerna som är indelade i både spinn- och orbitalbidrag.

Magnetiska ögonblick av N2-katjoner

"Vi kunde för första gången experimentellt bestämma de magnetiska ögonblicken för nickeldimensioner tack vare de särskilt låga temperaturerna", Lau fortsatte. Arbetet med jonfällan är en del av ett större projekt av HZB och Univ. Freiburg finansieras av det tyska federala ministeriet för utbildning och forskning (bidrag nr. BMBF-05K13Vf2).

Utsikter:lägre temperaturer

"Vi arbetar nu med att nå ännu lägre temperaturer. Vi hoppas att vi snart kommer upp till 5 K", erbjuder Zamudio-Bayer. Ju lägre temperatur, desto tydligare visar de magnetiska effekterna.

Fördel för användare

Men alla användare av jonfällan vid BESSY II UE52-PGM-stationen kan redan dra nytta av det rekord som uppnåtts. "Inte bara magnetism, men också många andra egenskaper hos ett brett spektrum av olika molekyler kan studeras spektroskopiskt här, såsom övergångsmetalljonkomplex. Det kommer därför att vara attraktivt för många användare, särskilt de inom fysisk kemi ", Tänker Lau.