En ny rekord på BESSY II:10 millioner ioner afkølet for første gang til 7,4 K

Et internationalt hold fra Sverige, Japan, og Tyskland har sat en ny temperaturrekord for de såkaldte quadrupol -ionfælder, der fanger elektrisk ladede molekylioner. Det lykkedes dem at afkøle omkring ti millioner ioner ned til 7,4 K (ca. -265,8 grader Celsius) ved hjælp af en buffergas. Det er en ny rekord.

Tidligere var det kun muligt at afkøle omkring tusind ioner til 7,5 K ved hjælp af buffergas. Imidlertid, tusinde ioner er ikke nær nok til spektroskopiske analyser. Ionfælden med denne nye metode giver en ny mulighed for at bruge kryogen røntgenspektroskopi til at studere magnetisme og jordtilstande for molekylære ioner. Dette er grundlaget for at udvikle nye materialer til energieffektive informationsteknologier. Værket er blevet offentliggjort i Journal of Chemical Physics .

"Indtil nu, alle antog, at det ikke ville være muligt at nå lavere temperaturer ved en så høj densitet af ioner med en quadrupol ion -fælde. Men det kan lade sig gøre ", siger HZB -forsker Tobias Lau. Dette skyldes, at det RF -elektromagnetiske felt ikke bare fanger de lagrede ioner, men "jiggles" dem også, så de konstant får energi og stiger i temperatur. For at trække denne ekstra energi fra holdet introducerede helium som buffergas, og ved relativt højt tryk. "Du skal forestille dig dette som en slags kold sirup, der dæmper makrobevægelsen af ​​partiklerne, bremse deres rotation og oversættelse ", forklarer Vicente Zamudio-Bayer fra University of Freiburg.

Unikt eksperimentelt set-up

Eksperimenterne blev udført ved hjælp af UE52-PGM-stationen ved BESSY II, hvor polarisering af den bløde røntgenstråling kan varieres. Den eksperimentelle opsætning ved denne strålelinje er unik i at lette røntgenspektroskopi af kryogene ioner under eksternt påførte magnetfelter. Prøven kan analyseres i et eksternt påført magnetfelt ved hjælp af cirkulært polariserede røntgenstråler (røntgenmagnetisk cirkulær dikroisme/XMCD). Dette giver information om de magnetiske øjeblikke af elektronerne, der er opdelt i både spin og orbital bidrag.

Magnetiske øjeblikke af N2-kationer

"Vi var i stand til for første gang eksperimentelt at bestemme de magnetiske øjeblikke ved nikkeldimensioner takket være de særligt lave temperaturer", Lau fortsatte. Arbejdet med ionfælden er en del af et større projekt af HZB og Univ. af Freiburg finansieret af det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning (bevilling nr. BMBF-05K13Vf2).

Outlook:lavere temperaturer

"Vi arbejder nu på at nå endnu lavere temperaturer. Vi håber, at vi snart når 5 K", tilbyder Zamudio-Bayer. Jo lavere temperatur, jo tydeligere viser de magnetiske effekter sig.

Fordel for brugerne

Men alle brugere af ionfælden på BESSY II UE52-PGM-stationen kan allerede drage fordel af den opnåede rekord. "Ikke kun magnetisme, men også mange andre egenskaber ved en lang række forskellige molekyler kan undersøges spektroskopisk her, såsom overgangsmetalion-komplekser. Det vil derfor være attraktivt for mange brugere, især dem inden for fysisk kemi ", Tænker Lau.