Gli scienziati dell'Università ITMO hanno sviluppato e applicato un nuovo metodo per analizzare il campo elettromagnetico all'interno delle trappole ioniche. Per la prima volta, hanno spiegato le deviazioni di campo all'interno delle trappole a radiofrequenza non lineari. Questo ci porta a riconsiderare le prospettive per le applicazioni di trappole non lineari, compreso il raffreddamento ionico e lo studio dei fenomeni quantistici. I risultati sono pubblicati nel Giornale di Fisica B .

Le trappole ioniche possono localizzare e trattenere le singole particelle cariche in uno spazio ristretto per successive manipolazioni con queste particelle, come lo spostamento o addirittura il raffreddamento. Raffreddare uno ione significa sostanzialmente ridurne l'energia cinetica, che quasi completamente "congela" questo ione. Gli scienziati ritengono che in futuro questa tecnica aiuterà a osservare i fenomeni quantistici a occhio nudo.

I tipi di trappole a radiofrequenza si differenziano per la frequenza e la configurazione del campo al loro interno. Per raffreddare le particelle non cariche, di solito vengono utilizzate trappole ottiche più convenienti. Però, le trappole a radiofrequenza consentono il raffreddamento delle particelle cariche a temperature più basse.

I fisici dell'Università ITMO studiano attivamente le trappole a radiofrequenza e cercano nuovi modi per renderle più efficaci. Nella loro nuova ricerca, hanno proposto un nuovo approccio per un'analisi più accurata del campo elettromagnetico all'interno di una trappola a radiofrequenza non lineare. A differenza delle semplici trappole lineari, in cui uno ione è trattenuto in un solo punto dell'area della trappola, le particelle nelle trappole non lineari possono essere "catturate" in diversi punti. I modelli sviluppati in precedenza erano appropriati solo per trappole semplici, poiché non potevano spiegare la violazione della simmetria di campo che si verifica nelle trappole non lineari. Il modello proposto è più universale in quanto spiega la rottura della simmetria ed è adatto a descrivere sia trappole semplici che complesse.

"La nostra ricerca, che ha portato a una nuova tecnica, iniziato con una tazza di caffè. Mi piace molto e uso spesso una macchina per il caffè al lavoro. Fastidiosamente, la mia tazza scivola sempre sul vassoio durante la preparazione del caffè. E ogni volta lo fa in direzioni diverse, il che significa che ciò non è causato dall'inclinazione complessiva della macchina. Ho studiato la letteratura sulla vibromeccanica e sono giunto alla conclusione che la colpa è del cosiddetto attrito non lineare. Poi ho capito che questo fenomeno si trova nelle trappole a radiofrequenza che studiamo. Abbiamo applicato il metodo di separazione completa del movimento convenzionalmente utilizzato nella vibromeccanica e abbiamo scoperto improvvisamente che questo consente di descrivere la rottura della simmetria precedentemente inspiegabile nelle trappole!" afferma Semyon Rudyi del Laboratorio di ottica non lineare dell'Università ITMO.

Gli scienziati hanno testato il loro metodo sui dati sperimentali ottenuti in studi precedenti. I vecchi modelli di intrappolamento a radiofrequenza non erano in grado di spiegare strane deviazioni che si verificano nelle trappole non lineari, che limitava le prospettive di applicazioni di trappole non lineari. Nell'ambito del modello proposto, queste deviazioni erano pienamente giustificate. Il nuovo approccio aiuta a prevedere e controllare la localizzazione di particelle cariche per diverse posizioni e tensioni degli elettrodi. Ciò è necessario per creare trappole a radiofrequenza più efficienti per varie applicazioni.

"Anche se questo lavoro è teorico, è strettamente legato alla pratica. Il nostro gruppo sviluppa nuovi progetti di trappole a radiofrequenza e le costruisce per localizzare di conseguenza varie particelle cariche. Indaghiamo anche teoricamente i nanocristalli profondamente raffreddati in queste trappole, poiché queste particelle possono modellare gli effetti quantistici. I nostri studi spesso portano risultati interessanti inaspettati e ci avvicinano all'interazione con i fenomeni quantistici, " nota Tatiana Vovk del Laboratorio di Modellazione e Progettazione di Nanostrutture dell'Università ITMO.