İyon tuzağı - Ion trap

Bu makale gaz fazı iyonları hakkındadır. Hücrelerdeki iyonlar için bkz. İyon yakalama .
Burada gösterilen iyon tuzağı, bir kuantum bilgisayarı gerçekleştirmeye yönelik deneylerde kullanılan bir tuzaktır.

Bir iyon tuzağı olarak bilinen - yakalama yüklü parçacıklar için kullanılan elektrik veya manyetik alanlara bir kombinasyonudur iyonları - genellikle bir dış ortamdan izole edilmiş bir sistem içinde. İyon tuzakları, kütle spektrometrisi , temel fizik araştırmaları ve kuantum durumlarını kontrol etme gibi bir dizi bilimsel kullanıma sahiptir . En yaygın iki iyon tuzağı türü, elektrik ve manyetik alanların bir kombinasyonu yoluyla bir potansiyel oluşturan Penning tuzağı ve statik ve salınımlı elektrik alanlarının bir kombinasyonu yoluyla bir potansiyel oluşturan Paul tuzağıdır .

Spektroskopide hassas manyetik ölçümler için penning tuzakları kullanılabilir. Kuantum durum manipülasyonu çalışmaları çoğunlukla Paul tuzağını kullanır. Bu, tuzağa düşürülmüş bir iyon kuantum bilgisayarına yol açabilir ve halihazırda dünyanın en doğru atomik saatlerini oluşturmak için kullanılmıştır . Elektron tabancaları ( CRT'lerde kullanılan, yüksek hızlı elektron yayan bir cihaz ), katodun pozitif iyonlar tarafından bozulmasını önlemek için bir iyon tuzağı kullanabilir .

İyon tuzağı kütle spektrometreleri

Bir kütle spektrometresinin doğrusal bir iyon tuzağı bileşeni.

Bir iyon tuzağı kütle spektrometresi bir Penning tuzağı ( Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonansı ), Paul tuzağı veya Kingdon tuzağı içerebilir . Orbitrap 2005 yılında tanıtılan, Kingdon'un tuzak dayanmaktadır. Diğer kütle spektrometreleri türleri de seçici bir kütle filtresi olarak doğrusal dört kutuplu bir iyon tuzağı kullanabilir.

Penning iyon tuzağı

FTICR kütle spektrometresi - Penning tuzak cihazına bir örnek.

Bir Penning tuzağı , yüklü parçacıkları, parçacıkları radyal olarak sınırlamak için güçlü bir homojen eksenel manyetik alan ve parçacıkları eksenel olarak sınırlamak için dört kutuplu bir elektrik alanı kullanarak depolar . Penning tuzakları, iyonların ve kararlı yüklü atom altı parçacıkların özelliklerinin ölçümleri için çok uygundur . Dehmelt ve diğerleri tarafından elektron manyetik momentinin hassas çalışmaları, modern fizikte önemli bir konudur.

Penning tuzakları kuantum hesaplamasında ve kuantum bilgi işlemede kullanılabilir ve CERN'de antimaddeyi depolamak için kullanılır . Penning tuzakları , iyonların kütle-yük oranını belirlemek için Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonans kütle spektrometrisinin temelini oluşturur .

Penning Trap, 1950'lerde ilk tuzağı kuran Frans Michel Penning ve Hans Georg Dehmelt tarafından icat edildi .

Paul iyon tuzağı

Elektrosprey iyonizasyon (ESI) kaynağı ve Paul iyon tuzağı ile iyon tuzağı kütle spektrometresinin şematik diyagramı.

Paul tuzağı, iyonları yakalamak için statik doğru akım (DC) ve radyo frekansı (RF) salınımlı elektrik alanları kullanan bir tür dört kutuplu iyon tuzağıdır . Paul tuzakları genellikle bir kütle spektrometresinin bileşenleri olarak kullanılır . Üç boyutlu dört kutuplu iyon tuzağının icadı, bu çalışma için 1989'da Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşan Wolfgang Paul'a atfedilir . Tuzak, odakları birbirine bakan iki hiperbolik metal elektrottan ve diğer iki elektrotun ortasında bir hiperbolik halka elektrottan oluşur. İyonlar , salınan ve statik elektrik alanları tarafından bu üç elektrot arasındaki boşlukta tutulur.

Kingdon tuzağı ve yörünge tuzağı

Orbitrap kütle analizörünün kısmi kesiti - Kingdon tuzağına bir örnek.

Kingdon tuzağı, ince bir merkezi tel, bir dış silindirik elektrot ve her iki uçta izole edilmiş uç kapak elektrotlarından oluşur. Statik uygulanan voltaj, elektrotlar arasında radyal logaritmik potansiyele neden olur. Bir Kingdon tuzağında iyonları depolamak için minimum potansiyel yoktur; bununla birlikte, merkezi tel etrafında sınırlı bir açısal momentum ile depolanırlar ve cihazda uygulanan elektrik alanı iyon yörüngelerinin stabilitesine izin verir. 1981'de Knight, tuzak ekseninde iyonları sınırlayan eksenel dört kutuplu bir terim içeren değiştirilmiş bir dış elektrot tanıttı. Dinamik Kingdon tuzağı, yüklü parçacıkları kalıcı olarak depolamak için güçlü odak dışı bırakma kullanan ek bir AC voltajına sahiptir. Dinamik Kingdon tuzağı, yakalanan iyonların filamente göre açısal momentuma sahip olmasını gerektirmez. Bir Orbitrap için kullanılan modifiye edilmiş bir Kingdon'un tuzak kütle spektrometresi . Fikir öne sürülmüş ve bilgisayar simülasyonlarının ne Kingdon ne de Knight konfigürasyonlarının kitle spektrumları ürettiği rapor edilmemiş olsa da, simülasyonlar kitle çözümleme gücünün sorunlu olacağını gösterdi.

Katot ışını tüpleri

Ana madde: Katot ışınlı tüp

Fosfor ekranını iyonlardan korumak için, 1958 civarında alüminize CRT yüzlerin piyasaya sürülmesinden önce televizyon alıcılarında iyon tuzakları kullanıldı . İyon tuzağı, maksimum parlaklık için hassas bir şekilde ayarlanmalıdır.

Tuzağa düşürülmüş iyon kuantum bilgisayarı

Ana madde: Hapsolmuş iyon kuantum bilgisayarı

Kuantum bilgisayarları geliştirmeye yönelik bazı deneysel çalışmalar, tuzağa düşürülmüş iyonları kullanır . Kübit adı verilen kuantum bilgisi birimleri, her iyonun kararlı elektronik durumlarında saklanır ve kuantum bilgileri , Coulomb kuvveti ile etkileşime giren iyonların kolektif nicemlenmiş hareketi yoluyla işlenebilir ve aktarılabilir . Lazerler indüklemek için uygulanır bağlanması (qubits arasında dolaşması için) (tek qubit işlemler için) ya da iç qubit durumları ve dış hareketsel durumları arasında qubit durumları arasında.

Referanslar

Dış bağlantılar