Iontová past - Ion trap
Tento článek má několik problémů. Prosím pomozte zlepšit to nebo diskutovat o těchto otázkách na internetu diskusní stránka. (Zjistěte, jak a kdy tyto zprávy ze šablony odebrat) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)
|
An iontová past je kombinace elektrických nebo magnetických polí používaných k zachycení nabitých částic - známá jako ionty - často v systému izolovaném od externího prostředí. Iontové pasti mají řadu vědeckých využití, jako např hmotnostní spektrometrie, základní fyzikální výzkum a řízení kvantových stavů. Dva nejběžnější typy iontové pasti jsou Penningová past, který tvoří potenciál kombinací elektrických a magnetických polí, a Paul past který tvoří potenciál kombinací statických a kmitajících elektrických polí.
Penningové pasti lze použít pro přesná magnetická měření ve spektroskopii. Studie manipulace kvantového stavu nejčastěji využívají Paulovu past. To může vést k a zachycený iontový kvantový počítač[1] a již byla použita k vytvoření nejpřesnější na světě atomové hodiny.[2][3] Elektronové zbraně (zařízení emitující vysokorychlostní elektrony, používané v CRT ) může pomocí iontové pasti zabránit degradaci katoda kladnými ionty.
Hmotnostní spektrometry s iontovou pastí
Iontová past hmotnostní spektrometr může obsahovat past Penning (Rezonance iontového cyklotronu s Fourierovou transformací ),[4] Paul past[5] nebo Kingdonova past.[6] The Orbitrap, představený v roce 2005, je založen na pasti Kingdon.[7] Jiné typy hmotnostních spektrometrů mohou také používat lineární čtyřpólový iontový lapač jako selektivní hmotnostní filtr.
Penning iontová past
A Penningová past ukládá nabité částice pomocí silné homogenní osy magnetické pole omezit částice radiálně a kvadrupól elektrické pole omezit axiálně částice.[8] Penningové pasti jsou velmi vhodné pro měření vlastností ionty a stabilní nabitý subatomární částice. Přesné studie elektronového magnetického momentu od Dehmelta a dalších jsou důležitým tématem moderní fyziky.
Penningové pasti lze použít v kvantový výpočet a kvantové zpracování informací[9] a používají se na CERN uložit antihmotu. Penningové pasti tvoří základ Hmotnostní spektrometrie s Fourierovou transformací iontové cyklotronové rezonance pro stanovení poměr hmotnosti k náboji z ionty.[10]
Penning Trap vynalezl Frans Michel Penning a Hans Georg Dehmelt, který postavil první past v 50. letech.[11]
Paul iontová past
Paulova past je druh quadrupole ion trap který používá statické stejnosměrný proud (DC) a rádiová frekvence (RF) kmitající elektrická pole zachytit ionty. Paulovy pasti se běžně používají jako součásti a hmotnostní spektrometr. Vynález samotné 3D kvadrupólové iontové pasti se připisuje Wolfgang Paul kdo sdílel Nobelova cena za fyziku v roce 1989 pro tuto práci.[12][13] Pasti se skládají ze dvou hyperbolický kovové elektrody s ohnisky obrácenými k sobě a hyperbolická prstencová elektroda na půli cesty mezi dalšími dvěma elektrodami. Ionty jsou zachyceny v prostoru mezi těmito třemi elektrodami kmitavým a statickým elektrickým polem.
Kingdonova past a orbitrap
Lapač Kingdon se skládá z tenkého středového drátu, vnější válcové elektrody a na obou koncích izolované elektrody s koncovým uzávěrem. Výsledkem statického napětí je radiální logaritmický potenciál mezi elektrodami.[14] V pasti Kingdona není žádné potenciální minimum pro ukládání iontů; jsou však uloženy s konečným momentem hybnosti kolem středního drátu a aplikované elektrické pole v zařízení umožňuje stabilitu iontových trajektorií.[15] V roce 1981 představil Knight modifikovanou vnější elektrodu, která obsahovala axiální čtyřpólový člen, který omezuje ionty na ose pastí.[16] Dynamická past Kingdon má další střídavé napětí, které využívá silné rozostření k trvalému ukládání nabitých částic.[17] Dynamická Kingdonova past nevyžaduje, aby zachycené ionty měly moment hybnosti vzhledem k vláknu. An Orbitrap je upravená pasti Kingdon, která se používá pro hmotnostní spektrometrie. Myšlenka byla navržena a byly provedeny počítačové simulace[18] údajně konfigurace Kingdona ani rytíře nevytvářely hmotnostní spektra, protože simulace naznačovaly, že hmotnostní rozlišovací schopnost bude problematická.
Katodové trubice
V systému byly použity iontové pasti televizní přijímače před zavedením aluminizovaného CRT kolem roku 1958, chránit fosforovou clonu před ionty.[19] Lapač iontů musí být jemně nastaven pro maximální jas.[20][21]
Zachycený iontový kvantový počítač
Některé experimentální práce na vývoji využití kvantových počítačů uvězněné ionty. Jednotky kvantová informace volala qubits jsou uloženy ve stabilních elektronických stavech každého iontu a kvantová informace mohou být zpracovány a přeneseny prostřednictvím kolektivního kvantovaného pohybu iontů, který interaguje s Coulombova síla. Lasery jsou použity k vyvolání spojka mezi qubitovými stavy (pro operace single qubit) nebo mezi interními qubitovými stavy a vnějšími pohybovými stavy (pro zapletení mezi qubity).
Reference
- ^ R. Blatt; D. J. Wineland (2008). "Zapletené stavy zachycených atomových iontů" (PDF). Příroda. 453 (7198): 1008–1014. Bibcode:2008 Natur.453.1008B. doi:10.1038 / nature07125. PMID 18563151.
- ^ T. Rosenband; D. B. Hume; P. O. Schmidt; C. W. Chou; A. Brusch; L. Lorini; W. H. Oskay; R. E. Drullinger; T. M. Fortier; J. E. Stalnaker; S. A. Diddams; W. C. Swann; N. R. Newbury; W. M. Itano; D. J. Wineland; J. C. Bergquist (2008). „Frekvenční poměr jedno-iontových optických hodin Al + a Hg +; metrologie na 17. desetinném místě“ (PDF). Věda. 319 (5871): 1808–1812. Bibcode:2008Sci ... 319.1808R. doi:10.1126 / science.1154622. PMID 18323415.
- ^ S. M. Brewer; J.-S. Chen; A. M. Hankin; E. R. Clements; C. W. Chou; D. J. Wineland; D. B. Hume; D. R. Leibrandt (2019). „Al + kvantově-logické hodiny se systematickou nejistotou pod 10 ^ -18“. Phys. Rev. Lett. 123 (3): 033201. arXiv:1902.07694. doi:10.1103 / PhysRevLett.123.033201.
- ^ Blaum, Klaus (2006). "Vysoce přesná hmotnostní spektrometrie s uloženými ionty". Fyzikální zprávy. 425 (1): 1–78. Bibcode:2006PhR ... 425 .... 1B. doi:10.1016 / j.physrep.2005.10.011.
- ^ Douglas, DJ; Frank, AJ; Mao, DM (2005). "Lineární iontové pasti v hmotnostní spektrometrii". Recenze hmotnostní spektrometrie. 24 (1): 1–29. Bibcode:2005MSRv ... 24 .... 1D. doi:10,1002 / měsíc 20004. PMID 15389865.
- ^ Kingdon KH (1923). „Metoda neutralizace náboje elektronového prostoru pozitivní ionizací při velmi nízkých tlacích plynu“. Fyzický přehled. 21 (4): 408–418. Bibcode:1923PhRv ... 21..408K. doi:10.1103 / PhysRev.21.408.
- ^ Hu, QZ; Noll, RJ; Li, HY; Makarov, A; Hardman, M; Cooks, RG (2005). „Orbitrap: nový hmotnostní spektrometr“. Journal of Mass Spectrometry. 40 (4): 430–443. Bibcode:2005JMSp ... 40..430H. doi:10,1002 / jms.856. PMID 15838939.
- ^ Brown, LS; Gabrielse, G. (1986). „Geonium theory: Physics of a single elektr or ion in a Penning trap“ (PDF). Recenze moderní fyziky. 58 (1): 233–311. Bibcode:1986RvMP ... 58..233B. doi:10.1103 / RevModPhys. 58.233.
- ^ Häffner, Hartmut, Christian F. Roos a Rainer Blatt. „Kvantové výpočty se zachycenými ionty.“ Fyzikální zprávy 469,4 (2008): 155-203.
- ^ Marshall, A. G .; Hendrickson, C. L .; Jackson, G. S., Fourierova transformace iontové cyklotronové rezonanční hmotnostní spektrometrie: primer. Mass Spectrom Rev 17, 1-35.
- ^ „Hans G. Dehmelt - životopisný“. Nobelova cena. 1989. Citováno 1. června 2014.
- ^ Paul W., Steinwedel H. (1953). "Ein neues Massenspektrometer ohne Magnetfeld". RZeitschrift für Naturforschung A 8 (7): 448-450
- ^ DE 944900 „Verfahren zur Trennung bzw. zum getrennten Nachweis von Ionen verschiedener spezifischer Ladung“, W. Paul a H. Steinwedel, podané 24. prosince 1953, prioritně 23. prosince 1953
- ^ Kingdon KH (1923). "Metoda pro neutralizaci náboje elektronového prostoru pozitivní ionizací při velmi nízkých tlacích plynu". Fyzický přehled. 21 (4): 408–418. Bibcode:1923PhRv ... 21..408K. doi:10.1103 / PhysRev.21.408.
- ^ Major, Fouad G (2005). Lapače nabitých částic: fyzika a techniky pole nabitých částic. Springer. ISBN 3-540-22043-7.
- ^ Knight, R. D. (1981). "Skladování iontů z laserem produkovaných plazmat". Aplikovaná fyzikální písmena. 38 (4): 221–223. Bibcode:1981ApPhL..38..221K. doi:10.1063/1.92315.
- ^ Blümel, R (1995). "Dynamická Kingdonova past". Fyzický přehled A. 51 (1): R30 – R33. Bibcode:1995PhRvA..51 ... 30B. doi:10.1103 / PhysRevA.51.R30. PMID 9911663.
- ^ Oksman, Pentti (01.01.1995). "Hmotnostní spektrometr s Fourierovou transformací doby letu. Přístup výpočtu SIMION". International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 141 (1): 67–76. Bibcode:1995IJMSI.141 ... 67O. doi:10.1016 / 0168-1176 (94) 04086-M.
- ^ Hartson, Ted (2004). „Jak se svět změnil v televizi“ (PDF). Citováno 2008-10-13.
- ^ Magnet pro iontové pasti katodové trubice
- ^ Ion Trap pro katodovou trubici
externí odkazy
- Vědecké karikatury VIAS Mrzutý pohled na iontovou past ...
- Paul past