211service.com
Licht maken van ionenvallen
De manipulatie van afzonderlijke atomen en ionen met behulp van licht en elektrische velden is een van de bepalende kenmerken van de moderne wetenschap. Deze tools hebben onderzoekers een manier gegeven om met de bouwstenen van onze wereld te spelen op een manier waar vorige generaties alleen maar van konden dromen. En het aantal grote doorbraken dat uit deze technologie is voortgekomen, is legio: alles van Bose Einstein-condensaten tot kwantumcomputers.
Vreemd genoeg is het vangen van ionen en atomen echter afhankelijk van verschillende technologieën. Sinds 1980 zijn enkele ionen gevangen in elektrische radiofrequentievelden. Deze velden oefenen krachten uit op een ion die krachtig genoeg zijn om de onvermijdelijke verdwaalde elektrische velden te overwinnen die anders een ion zouden kunnen beïnvloeden.
Aan de andere kant vertrouwen onderzoekers op optische vallen om atomen te grijpen. Het eerste enkele atoom werd pas in 1999 op deze manier gevangen.
Maar ondanks deze verschillen is het vangmechanisme in beide technieken vrij gelijkaardig. In een RF-val werkt het elektromagnetische veld op het dipoolmoment van het ion, waardoor een kracht wordt gegenereerd die het opgesloten houdt. In een optische val komt de opsluiting voort uit de optische dipoolkracht. Dit is iets zwakker dan de krachten in een RF-val. Natuurkundigen hebben zich nooit beziggehouden met het optisch vangen van ionen, uit angst dat een verdwaald elektrisch veld het ion zou wegvagen.
Maar ze kunnen die angst nu laten rusten, zeggen Tobias Schaetz en maatjes van het Max Planck-instituut voor kwantumoptica in Duitsland. De reden is dat deze jongens het hebben gedaan: een enkel magnesiumion gevangen in een optische val voor een periode van milliseconden. Bovendien is hun experiment slechts een proof of principle: significante verbeteringen aan de techniek en de trapping zouden relatief eenvoudig te realiseren moeten zijn.
De mogelijkheid om ionen te vangen met optische velden opent een aantal nieuwe horizonten. Optische vallen kunnen complexer zijn en gemakkelijker en fijner te manipuleren dan RF-vallen. Ze zouden natuurkundigen betere trucs moeten geven om met ionen te spelen. Deze vallen kunnen worden gebruikt om betere op ionen gebaseerde kwantumcomputers en kwantumsimulators te bouwen. Ze kunnen natuurkundigen ook in staat stellen om de eigenschappen van 3D-ionische kristallen in meer detail te creëren en te bestuderen.
En na jarenlang atomen en ionen afzonderlijk te hebben gemanipuleerd, zullen natuurkundigen ontdekken dat ze nu met beide tegelijk kunnen spelen in een optische val. Dat moet onderzoekers in staat stellen de interactie tussen atomen en ionen gedetailleerder dan ooit te bestuderen.
Al met al, toffe dingen!
Referentie: arxiv.org/abs/1001.2953 : Optische vangst van een ion