Войти
Ионная ловушка, показанная здесь, используется для экспериментов по созданию квантового компьютера. Ионная ловушка - это комбинация электрических или магнитных полей, используемых для захвата заряженных частиц, известных как ионы, часто в системе, изолированной от внешней среды. Ионные ловушки имеют ряд научных применений, таких как масс-спектрометрия, фундаментальные исследования физики и управление квантовыми состояниями. Двумя наиболее распространенными типами ионных ловушек являются ловушка Пеннинга, которая формирует потенциал за счет комбинации электрического и магнитного полей, и ловушка Пола, которая формирует потенциал за счет комбинации статические и колебательные электрические поля.
Ловушки Пеннинга можно использовать для точных магнитных измерений в спектроскопии. В исследованиях манипуляции квантовым состоянием чаще всего используется ловушка Пола. Это может привести к квантовому компьютеру с захваченными ионами, который уже использовался для создания самых точных в мире атомных часов. Электронные пушки (устройство, излучающее с высокой скоростью электроны, используемые в ЭЛТ ), можно использовать ионную ловушку для предотвращения разрушения катода положительными ионами.
Компонент масс-спектрометра с линейной ионной ловушкой. Ионная ловушка масс-спектрометр может включать ловушку Пеннинга ( ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье ), ловушка Пауля или ловушка Кингдона. Орбитальная ловушка, представленная в 2005 году, основана на ловушке Кингдона. Другие типы масс-спектрометров могут также использовать линейную квадрупольную ионную ловушку в качестве селективного масс-фильтра.
масс-спектрометр FTICR - пример прибора-ловушки Пеннинга. A Ловушка Пеннинга удерживает заряженные частицы с помощью сильного однородного осевого магнитного поля для удержания частицы в радиальном направлении и квадрупольное электрическое поле для удержания частиц в осевом направлении. Ловушки Пеннинга хорошо подходят для измерения свойств ионов и стабильных заряженных субатомных частиц. Прецизионные исследования магнитного момента электрона Демельтом и другими являются важной темой современной физики.
Ловушки Пеннинга могут использоваться в квантовых вычислениях и обработке квантовой информации и используются в ЦЕРН для хранения антивещества. Ловушки Пеннинга составляют основу масс-спектрометрии с ионным циклотронным резонансом с преобразованием Фурье для определения отношения массы к заряду ионов .
Ловушка Пеннинга была изобретена Франс Мишель Пеннинг и Ханс Георг Демельт, построившие первую ловушку в 1950-х.
Принципиальная схема масс-спектрометра с ионной ловушкой и ионизацией электрораспылением (ESI) источник и ионная ловушка Пауля. Ловушка Пауля - это тип квадрупольной ионной ловушки, в которой используется статический постоянный ток (DC) и радиочастота (RF) осциллирующие электрические поля для захвата ионов. Ловушки Пауля обычно используются в качестве компонентов масс-спектрометра. Само изобретение трехмерной квадрупольной ионной ловушки приписывается Вольфгангу Паулю, получившему Нобелевскую премию по физике в 1989 году за эту работу. Ловушка состоит из двух металлических электродов гиперболической формы с обращенными друг к другу фокусами и гиперболического кольцевого электрода на полпути между двумя другими электродами. Ионы удерживаются в пространстве между этими тремя электродами колебательными и статическими электрическими полями.
Частичное сечение масс-анализатора Orbitrap - пример ловушки Кингдона. Ловушка Кингдона состоит из тонкой центральной проволоки, внешнего цилиндрического электрода и изолированной торцевой крышки электроды на обоих концах. Приложенное статическое напряжение приводит к возникновению радиального логарифмического потенциала между электродами. В ловушке Кингдона нет минимума потенциала для хранения ионов; однако они сохраняются с конечным угловым моментом вокруг центральной проволоки, а приложенное электрическое поле в устройстве обеспечивает стабильность траекторий ионов. В 1981 году Найт представил модифицированный внешний электрод, который включал аксиальный квадрупольный член, ограничивающий ионы на оси ловушки. Динамическая ловушка Кингдона имеет дополнительное напряжение переменного тока, которое использует сильную дефокусировку для постоянного хранения заряженных частиц. В динамической ловушке Кингдона не требуется, чтобы захваченные ионы обладали угловым моментом относительно нити. Orbitrap - это модифицированная ловушка Кингдона, которая используется для масс-спектрометрии. Хотя эта идея была предложена и компьютерное моделирование было выполнено, не сообщалось, что конфигурации Кингдона или Найта дают масс-спектры, поскольку моделирование показало, что разрешающая способность по массе будет проблематичной.
Ионные ловушки использовались в телевизионных приемниках до появления алюминизированных поверхностей ЭЛТ примерно в 1958 году для защиты люминофорного экрана. от ионов. Ионную ловушку необходимо аккуратно отрегулировать для достижения максимальной яркости.
В некоторых экспериментальных работах по разработке квантовых компьютеров используются захваченные ионы. Единицы квантовой информации, называемые кубитами, хранятся в стабильных электронных состояниях каждого иона, а квантовая информация может обрабатываться и передаваться посредством коллективного квантованного движения ионов, взаимодействующие за счет кулоновской силы. Лазеры применяются для создания связи между состояниями кубита (для операций с одним кубитом) или между внутренними состояниями кубита и внешними состояниями движения (для сцепления между кубитами).
