Des scientifiques de l'Université ITMO ont développé et appliqué une nouvelle méthode d'analyse du champ électromagnétique à l'intérieur des pièges à ions. Pour la première fois, ils ont expliqué les écarts de champ à l'intérieur des pièges à radiofréquence non linéaires. Ceci nous amène à reconsidérer les perspectives d'applications des pièges non linéaires, incluant le refroidissement ionique et l'étude des phénomènes quantiques. Les résultats sont publiés dans le Journal de physique B .

Les pièges à ions peuvent localiser et retenir des particules chargées individuelles dans un espace confiné pour des manipulations ultérieures avec ces particules, comme le déplacement ou même le refroidissement. Refroidir un ion signifie essentiellement réduire son énergie cinétique, qui presque complètement "gèle" cet ion. Les scientifiques pensent qu'à l'avenir cette technique permettra d'observer les phénomènes quantiques à l'œil nu.

Les types de pièges à radiofréquence diffèrent par la fréquence et la configuration du champ qu'ils contiennent. Afin de refroidir les particules non chargées, généralement des pièges optiques plus pratiques sont utilisés. Cependant, les pièges à radiofréquence permettent le refroidissement des particules chargées à des températures plus basses.

Les physiciens de l'Université ITMO étudient activement les pièges à radiofréquence et recherchent de nouvelles façons de les rendre plus efficaces. Dans leurs nouvelles recherches, ils ont proposé une nouvelle approche pour une analyse plus précise du champ électromagnétique à l'intérieur d'un piège radiofréquence non linéaire. Contrairement aux simples pièges linéaires, dans lequel un ion est retenu en un seul point de la zone du piège, les particules dans les pièges non linéaires peuvent être « attrapées » à plusieurs endroits. Les modèles développés précédemment n'étaient appropriés que pour des pièges simples, car ils ne pouvaient pas expliquer la violation de symétrie de champ qui se produit dans les pièges non linéaires. Le modèle proposé est plus universel car il explique la brisure de symétrie et convient à la description de pièges simples et complexes.

"Notre recherche, qui a abouti à une nouvelle technique, a commencé avec une tasse de café. Je l'apprécie vraiment et j'utilise souvent une machine à café au travail. fâcheusement, ma tasse glisse toujours sur le plateau pendant la préparation du café. Et à chaque fois il le fait dans des directions différentes, ce qui signifie que cela n'est pas causé par l'inclinaison globale de la machine. J'ai étudié la littérature sur la vibromécanique et je suis arrivé à la conclusion que ce qu'on appelle le frottement non linéaire est à blâmer. Puis je me suis rendu compte que ce phénomène se retrouve dans les pièges radiofréquences que nous étudions. Nous avons appliqué la méthode de séparation complète du mouvement classiquement utilisée en vibromécanique et avons soudainement découvert que cela permettait de décrire une rupture de symétrie jusque-là inexpliquée dans les pièges !", explique Semyon Rudyi du Laboratoire d'optique non linéaire de l'Université ITMO.

Les scientifiques ont testé leur méthode sur les données expérimentales obtenues dans des études précédentes. Les anciens modèles de piégeage radiofréquence étaient incapables d'expliquer les déviations étranges qui se produisent dans les pièges non linéaires, ce qui a limité les perspectives d'applications des pièges non linéaires. Dans le cadre du modèle proposé, ces écarts étaient pleinement justifiés. La nouvelle approche permet de prédire et de contrôler la localisation des particules chargées pour différentes positions et tensions d'électrode. Cela est nécessaire pour créer des pièges à radiofréquence plus efficaces pour diverses applications.

« Même si ce travail est théorique, elle est étroitement liée à la pratique. Notre groupe développe de nouvelles conceptions de pièges à radiofréquence et les construit pour localiser en conséquence diverses particules chargées. Nous étudions également théoriquement des nanocristaux profondément refroidis dans ces pièges, puisque ces particules peuvent modéliser des effets quantiques. Nos études apportent souvent des résultats intéressants inattendus et nous rapprochent de l'interaction avec les phénomènes quantiques, " note Tatiana Vovk du Laboratoire de modélisation et de conception de nanostructures de l'Université ITMO.