Una squadra internazionale dalla Svezia, Giappone, e la Germania ha stabilito un nuovo record di temperatura per le cosiddette trappole ioniche a quadrupolo che catturano ioni molecolari caricati elettricamente. Sono riusciti a raffreddare circa dieci milioni di ioni fino a 7,4 K (circa -265,8 gradi Celsius) utilizzando un gas tampone. Questo è un nuovo record.

In precedenza era possibile raffreddare solo circa mille ioni a 7,5 K utilizzando il gas tampone. Però, mille ioni non sono sufficienti per le analisi spettroscopiche. La trappola ionica con questo nuovo metodo offre una nuova opportunità di utilizzare la spettroscopia criogenica a raggi X per studiare il magnetismo e gli stati fondamentali degli ioni molecolari. Questa è la base necessaria per sviluppare nuovi materiali per tecnologie dell'informazione efficienti dal punto di vista energetico. L'opera è stata pubblicata su Giornale di Fisica Chimica .

"Fino ad ora, tutti pensavano che non sarebbe stato possibile raggiungere temperature più basse a una densità di ioni così elevata con una trappola ionica a quadrupolo. Ma si può fare", dice il ricercatore HZB Tobias Lau. Questo perché il campo elettromagnetico RF non si limita a intrappolare gli ioni immagazzinati, ma li "scuotono" anche così guadagnano costantemente energia e aumentano di temperatura. Per attingere a questa ulteriore energia, il team ha introdotto l'elio come gas tampone, e ad una pressione relativamente alta. "Devi immaginarlo come una specie di sciroppo freddo che smorza il macro movimento delle particelle, rallentandone la rotazione e la traslazione", spiega Vicente Zamudio-Bayer dell'Università di Friburgo.

Configurazione sperimentale unica

Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando la stazione UE52-PGM presso BESSY II dove è possibile variare la polarizzazione della radiazione a raggi X molli. Il set-up sperimentale su questa linea di luce è unico nel facilitare la spettroscopia a raggi X di ioni criogenici sotto campi magnetici applicati esternamente. Il campione può essere analizzato in un campo magnetico applicato esternamente utilizzando raggi X polarizzati circolarmente (dicroismo circolare magnetico a raggi X/XMCD). Ciò fornisce informazioni sui momenti magnetici degli elettroni suddivisi in contributi di spin e orbitali.

Momenti magnetici di N2-cationi

"Siamo stati in grado per la prima volta di determinare sperimentalmente i momenti magnetici delle dimercazioni del nichel grazie alle temperature particolarmente basse", Lau continuò. Il lavoro sulla trappola ionica fa parte di un progetto più ampio di HZB e dell'Univ. di Friburgo finanziato dal Ministero federale tedesco dell'istruzione e della ricerca (Sovvenzione n. BMBF-05K13Vf2).

Outlook:temperature più basse

"Ora stiamo lavorando per raggiungere temperature ancora più basse. Speriamo di arrivare presto a 5 K", offre Zamudio-Bayer. Più bassa è la temperatura, più chiaramente si manifestano gli effetti magnetici.

Vantaggio per gli utenti

Ma tutti gli utenti della trappola ionica della stazione BESSY II UE52-PGM possono già beneficiare del record raggiunto. "Non solo magnetismo, ma anche molte altre proprietà di un'ampia gamma di molecole diverse possono essere studiate spettroscopicamente qui, come complessi di ioni di metalli di transizione. Sarà quindi interessante per molti utenti, specialmente quelli in chimica fisica", Lau pensa.