Forskare från ITMO University har utvecklat och tillämpat en ny metod för att analysera det elektromagnetiska fältet inuti jonfällor. För första gången, de förklarade fältavvikelserna i olinjära radiofrekvensfällor. Detta leder oss att ompröva utsikterna för icke -linjära fällapplikationer, inklusive jonkylning och studier av kvantfenomen. Resultaten publiceras i Journal of Physics B .

Jonfällor kan lokalisera och begränsa enskilda laddade partiklar i ett begränsat utrymme för efterföljande manipulationer med dessa partiklar, såsom förskjutning eller till och med kylning. Kylning av en jon innebär i grunden att minska dess kinetiska energi, som nästan helt "fryser" denna jon. Forskare tror att denna teknik i framtiden kommer att hjälpa till att observera kvantfenomen med blotta ögat.

Typer av radiofrekvensfällor skiljer sig åt i frekvens och konfiguration av fältet inuti dem. För att kyla oladdade partiklar, vanligtvis används mer bekväma optiska fällor. Dock, radiofrekvensfällor tillåter kylning av laddade partiklar till lägre temperaturer.

Fysiker från ITMO University studerar aktivt radiofrekvensfällor och letar efter nya sätt att göra dem mer effektiva. I sin nya forskning, de har föreslagit ett nytt tillvägagångssätt för mer exakt analys av elektromagnetiska fält inuti en icke-linjär radiofrekvensfälla. Till skillnad från enkla linjära fällor, där en jon är begränsad på endast en plats i fällområdet, partiklar i olinjära fällor kan "fångas" på flera platser. Tidigare utvecklade modeller var endast lämpliga för enkla fällor, eftersom de inte kunde förklara fältsymmetriöverträdelsen som uppstår i olinjära fällor. Den föreslagna modellen är mer universell eftersom den förklarar symmetribrottet och är lämplig för att beskriva både enkla och komplexa fällor.

"Vår forskning, vilket resulterade i en ny teknik, började med en kaffekopp. Jag tycker verkligen om det och använder ofta en kaffemaskin på jobbet. Irriterande, min kopp glider alltid på brickan under kaffetillredningen. Och varje gång gör det det åt olika håll, vilket innebär att detta inte orsakas av maskinens totala lutning. Jag har studerat litteraturen om vibromekanik och kommit fram till att så kallad olinjär friktion är skyldig. Då insåg jag att detta fenomen kan hittas i de radiofrekvensfällor som vi studerar. Vi har tillämpat metoden för fullständig separering av rörelse som konventionellt används inom vibromekanik och plötsligt fann vi att det här gör det möjligt att beskriva tidigare oförklarad symmetribrott i fällorna!" säger Semyon Rudyi från Nolinear Optics Laboratory vid ITMO University.

Forskare har testat sin metod på de experimentella data som erhållits i tidigare studier. Gamla modeller av radiofrekvensinfångning kunde inte förklara konstiga avvikelser som sker i olinjära fällor, vilket begränsade utsikterna för icke -linjära fällansökningar. Inom ramen för den föreslagna modellen, dessa avvikelser var fullt motiverade. Det nya tillvägagångssättet hjälper till att förutsäga och kontrollera lokaliseringen av laddade partiklar för olika elektrodlägen och spänningar. Detta är nödvändigt för att skapa effektivare radiofrekventa fällor för olika applikationer.

"Även om detta arbete är teoretiskt, det är nära besläktat med praktiken. Vår grupp utvecklar nya konstruktioner av radiofrekventa fällor och konstruerar dem för att följaktligen lokalisera olika laddade partiklar. Vi undersöker också teoretiskt nanokristaller som är djupt nedkylda i dessa fällor, eftersom dessa partiklar kan modellera kvanteffekter. Våra studier ger ofta oväntade intressanta resultat och för oss närmare interaktion med kvantfenomen, " konstaterar Tatiana Vovk från Laboratory of Modeling and Design of Nanostructures vid ITMO University.