Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Physik in unserer Zeit

Heiße Ionen kaltgestellt

L. Schmöger, J. R. Crespo López-Urrutia

Published Jul 1, 2015• 0 citations
Publisher

Abstract

Abstract Ultrapräzise Spektroskopie kalter, einfach geladener Ionen ist seit einiger Zeit möglich.Unserer Kollaboration vom Max‐Planck‐Institut für Kernphysik in Heidelberg und der PTB in Braunschweig ist nun erstmalig die Präparation ultrakalter hochgeladener Ionen in einer Radiofrequenz‐Falle gelungen. Diese neue Technik erlaubt die Anwendung hochpräziser Laserspektroskopie auf diese interessante, artenreiche Klasse atomarer Systeme, die bisher gängigen Untersuchungsmethoden nicht zugänglich war.

DOI
10.1002/piuz.201590063

Related papers

Quantenlogik‐Uhren

Piet O. Schmidt

Zusammenfassung Atome sind durch Laserkühlung so gut kontrollierbar, dass optische Uhren mit Unsicherheiten im Bereich von 10–18 realisiert wurden. Allerdings besitzen bei Weitem nicht alle Atome einen Quantenübergang zum Laserkühlen. Unter diesen sind aber Spezies interessant, die auf Neue Physik jenseits des Standardmodells besonders empfindlich reagieren sollten. Mit ultrapräziser Spektroskopie könnten Änderungen fundamentaler Konstanten, der Kopplung an Dunkle Materie oder eine hypothetische Fünfte Kraft aufgespürt werden. Auch bestimmte Moleküle wären hierfür geeignet, doch Moleküle sind nur eingeschränkt laserkühlbar. Dieses Problem kann die Quantenlogik lösen. Dabei wird dem Ion in einer Paul‐Falle, das spektroskopiert werden soll, ein Logik‐Ion zugesellt, das laserkühlbar ist. Damit konnten erstmalig eine Reihe neuer Spezies spektroskopiert werden. Neben einfach und hoch geladenen Ionen werden zukünftig Präzisionsmessungen an Molekülen und weiteren interessanten Systemen, etwa Antiprotonen, hinzukommen. All dies illustriert die Universalität der Quantenlogik‐Spektroskopie, die nicht zuletzt den Bau von Uhren höchster Genauigkeit erlaubt.

Physik in unserer Zeit•Jul 1, 2021•1 citation

Moleküle leisten Sisyphus‐Arbeit

Barbara G. U. Englert

Abstract Die Kühlung von Atomen bis hin zum ultrakalten Bose‐Einstein‐Kondensat ist seit Jahren Stand der Technik. Für Moleküle, insbesondere solche mit mehr als zwei Atomen, ist es bislang jedoch nicht gelungen, in diesen Temperaturbereich vorzustoßen. Die in unserer Gruppe am Max‐Planck‐Institut für Quantenoptik entwickelte optoelektrische Sisyphus‐Kühlung birgt erstmals das Potenzial, ultrakalte Moleküle zu produzieren.

Physik in unserer Zeit•Mar 1, 2013•1 citation

Sympathetische Kühlung von Molekülionen durch lasergekühlte Bariumionen in einer linearen Paulfalle

Alexander Ostendorf

Bei der sympathetischen Kuhlung in RF-Fallen handelt es sich um eine universell einsetzbare Methode zur Kuhlung atomarer und molekularer Ionen. Der experimentelle Ansatz zur Reduzierung der kinetischen Energie beruht dabei auf der Coulomb-Wechselwirkung dieser Teilchen mit direkt lasergekuhlten atomaren Ionen, die gleichzeitig in der Falle eingeschlossen werden. Unter den Einflussen einer ausreichend starken Laserkuhlung und den elektrostatischen Wechselwirkungen in der Falle kommt es zu einer regelmasigen Anordnung der geladenen Teilchen in so genannten Coulomb-Kristallen. Ultrakalte Molekulionen, eingeschlossen in solche Coulomb-Kristalle, bieten vielseitige Perspektiven in den Bereichen der Molekulphysik, in der Quantenoptik, bei der Untersuchung fundamentaler physikalischer Fragestellungen, aber auch in den Bereichen der Chemie und Biologie. Im Rahmen dieser Arbeit ist ein Experiment realisiert worden, dass die Anwendung dieser Methode auf Molekule aus einem breiten Massenbereich erlaubt. Die Kombination eines linearen Fallenaufbaus mit einer Elektro-Spray-Ionisationsquelle eroffnet dabei die Perspektive, auch komplexe und hochgeladene Molekulionen mit einer Massenzahl von bis zu 20.000 amu isoliert, lokalisiert und nahezu in Ruhe eingehend studieren zu konnen. Die Darstellungen in dieser Arbeit konzentrieren sich vor allem auf den Massenbereich zwischen 32 amu (16O2+) und ca. 500 amu (z.B. Rhodamin, MRFA, AlexaFluor350), wobei lasergekuhlte 138Ba+-Ionen als Kuhlionen eingesetzt werden. Diese erlauben aufgrund ihrer relativ grosen Masse sowohl den gleichzeitigen Einschluss mit den komplexen Molekulen in der Falle als auch eine effiziente Kuhlung der unterschiedlichen Ionenmassen. Mittels Simulationen ist dies fur Ionen der Massen 44 amu und 481 amu bestatigt worden. In der vorliegenden Arbeit wird der realisierte experimentelle Aufbau, bestehend aus der linearen Paulfalle, der Ionenquelle, dem RF-Oktopol zum Transport der Ionen von der Quelle zur Falle und dem differentiell gepumpten Vakuumsystem ausfuhrlich beschrieben. Insbesondere wird auch auf die Realisierung eines leistungs- und frequenzstabilen Lasersystems (bei 493 und 650 nm) zur Laserkuhlung der 138Ba+-Ionen eingegangen. Bei der Darstellung der experimentellen Ergebnisse wird zunachst die Praparation von (reinen) Barium-Coulomb-Kristallen sowie deren Abbildung durch Detektion der Bariumfluoreszenz vorgestellt. Coulomb-Kristalle unterschiedlicher Grose und Struktur bis hin zu linearen Ketten einzelner Ionen sind beobachtet worden. Fur kleine Ba+-Kristalle werden dabei Temperaturen von Ein weiterer Aspekt der experimentellen Arbeit besteht in dem massenselektiven Nachweis der gefangenen Ionen. Hierfur werden u.a. die gezielte Anregung der massenspezifischen Sakularbewegung sowie die Moglichkeit einer gezielten Ionenextraktion ausgenutzt. Hinsichtlich der sympathetischen Kuhlung komplexer Molekulionen ist es gelungen, den Transfer unterschiedlicher Ionensorten von der Ionenquelle zur Paulfalle und den gemeinsamen Einschluss mit Bariumionen zu demonstrieren. Die sympathetische Kuhlung der schweren Molekulionen macht sich in veranderten Extraktionsspektren sowie in leicht modifizierten Coulomb-Kristallstrukturen bemerkbar. Vergleiche der experimentell beobachteten Kristallstrukturen bzw. Grose der Ionenwolken mit Simulationsergebnissen erlauben die Angabe einer oberen Grenze fur die kinetische Energie der Teilchen. Fur Barium-Ionenwolken mit gleichzeitig eingeschlossenen komplexen Molekulen kann ein oberer Wert zwischen 10 K und 15 K angegeben werden. Bei weiterer Optimierung der Apparatur erwartet man auch fur komplexe Molekule Temperaturen im Bereich von 100 mK.

•Jan 1, 2006•2 citations

Einzelne Ionen für die dopplerfreie Spektroskopie

P. E. Toschek, Werner Neuhauser

Abstract Um in optischen Spektren freier atomarer Teilchen den Doppler‐Effekt und die Laufzeit‐Verbreiterung vollständig zu eliminieren, ist es notwendig, diese Teilchen zu lokalisieren und stark zu kühlen. Es wurden kürzlich einzelne Barium‐Ionen in einer elektrodynamischen Ionenfalle gespeichert, mit Laserlicht beleuchtet und optisch gekühlt, und schließlich visuell, photographisch und photoelektrisch nachgewiesen. Erste Spektren einzelner Ionen wurden aufgenommen.

Physikalische Blätter•Jul 1, 1980•11 citations

Segmentierte Mikrochip‐Falle für kalte Ionen

Stephan Schulz, Ferdinand Schmidt‐Kaler

Abstract Die Speicherung von kalten Ionenkristallen in einer Paul‐Falle gilt als ein erfolgversprechender Ansatz für die experimentelle Realisierung eines zukünftigen Quantencomputers. Nachdem das Funktionsprinzip für eine geringe Anzahl Ionen demonstriert werden konnte, steht nun die Skalierbarkeit dieser Methode auf eine große Zahl von Ionen im Brennpunkt der Forschung. Unsere Gruppe an der Universität Ulm hat kürzlich eine mikroskopische und in eine Vielzahl von Segmenten aufgeteilte Paul‐Falle gebaut.

Physik in unserer Zeit•Jun 26, 2007•0 citations

Ein Lichtkarussell für kalte Atome

Sonja Franke‐Arnold

Abstract Seit längerem ist es möglich, Atome in Lichtgittern einzusperren. Unserer Gruppe an der Universität Glasgow ist es gelungen, ringförmige Lichtgitter zu erzeugen, die sich drehen. Ziel ist es, Bose‐Einstein Kondensate in diesen rotierenden Gittern einzufangen und zu untersuchen. Die Anzahl der Gitterplätze, die Rotationsgeschwindigkeit und die Potentialbarrieren zwischen den einzelnen Gitterplätzen lassen sich einfach variieren.

Physik in unserer Zeit•Oct 26, 2007•0 citations
Abstract Ultrapräzise Spektroskopie kalter, einfach geladener Ionen ist seit einiger Zeit möglich.Unserer Kollaboration vom Max‐Planck‐Institut für Kernphysik in Heidelberg und der PTB in Braunschweig ist nun erstmalig die Präparation ultrakalter hochgeladener Ionen in einer Radiofrequenz‐Falle gelungen. Diese neue Technik erlaubt die Anwendung hochpräziser Laserspektroskopie auf diese interessante, artenreiche Klasse atomarer Systeme, die bisher gängigen Untersuchungsmethoden nicht zugänglich war.
Zusammenfassung Atome sind durch Laserkühlung so gut kontrollierbar, dass optische Uhren mit Unsicherheiten im Bereich von 10–18 realisiert wurden. Allerdings besitzen bei Weitem nicht alle Atome einen Quantenübergang zum Laserkühlen. Unter diesen sind aber Spezies interessant, die auf Neue Physik jenseits des Standardmodells besonders empfindlich reagieren sollten. Mit ultrapräziser Spektroskopie könnten Änderungen fundamentaler Konstanten, der Kopplung an Dunkle Materie oder eine hypothetische Fünfte Kraft aufgespürt werden. Auch bestimmte Moleküle wären hierfür geeignet, doch Moleküle sind nur eingeschränkt laserkühlbar. Dieses Problem kann die Quantenlogik lösen. Dabei wird dem Ion in einer Paul‐Falle, das spektroskopiert werden soll, ein Logik‐Ion zugesellt, das laserkühlbar ist. Damit konnten erstmalig eine Reihe neuer Spezies spektroskopiert werden. Neben einfach und hoch geladenen Ionen werden zukünftig Präzisionsmessungen an Molekülen und weiteren interessanten Systemen, etwa Antiprotonen, hinzukommen. All dies illustriert die Universalität der Quantenlogik‐Spektroskopie, die nicht zuletzt den Bau von Uhren höchster Genauigkeit erlaubt.
Bei der sympathetischen Kuhlung in RF-Fallen handelt es sich um eine universell einsetzbare Methode zur Kuhlung atomarer und molekularer Ionen. Der experimentelle Ansatz zur Reduzierung der kinetischen Energie beruht dabei auf der Coulomb-Wechselwirkung dieser Teilchen mit direkt lasergekuhlten atomaren Ionen, die gleichzeitig in der Falle eingeschlossen werden. Unter den Einflussen einer ausreichend starken Laserkuhlung und den elektrostatischen Wechselwirkungen in der Falle kommt es zu einer regelmasigen Anordnung der geladenen Teilchen in so genannten Coulomb-Kristallen. Ultrakalte Molekulionen, eingeschlossen in solche Coulomb-Kristalle, bieten vielseitige Perspektiven in den Bereichen der Molekulphysik, in der Quantenoptik, bei der Untersuchung fundamentaler physikalischer Fragestellungen, aber auch in den Bereichen der Chemie und Biologie. Im Rahmen dieser Arbeit ist ein Experiment realisiert worden, dass die Anwendung dieser Methode auf Molekule aus einem breiten Massenbereich erlaubt. Die Kombination eines linearen Fallenaufbaus mit einer Elektro-Spray-Ionisationsquelle eroffnet dabei die Perspektive, auch komplexe und hochgeladene Molekulionen mit einer Massenzahl von bis zu 20.000 amu isoliert, lokalisiert und nahezu in Ruhe eingehend studieren zu konnen. Die Darstellungen in dieser Arbeit konzentrieren sich vor allem auf den Massenbereich zwischen 32 amu (16O2+) und ca. 500 amu (z.B. Rhodamin, MRFA, AlexaFluor350), wobei lasergekuhlte 138Ba+-Ionen als Kuhlionen eingesetzt werden. Diese erlauben aufgrund ihrer relativ grosen Masse sowohl den gleichzeitigen Einschluss mit den komplexen Molekulen in der Falle als auch eine effiziente Kuhlung der unterschiedlichen Ionenmassen. Mittels Simulationen ist dies fur Ionen der Massen 44 amu und 481 amu bestatigt worden. In der vorliegenden Arbeit wird der realisierte experimentelle Aufbau, bestehend aus der linearen Paulfalle, der Ionenquelle, dem RF-Oktopol zum Transport der Ionen von der Quelle zur Falle und dem differentiell gepumpten Vakuumsystem ausfuhrlich beschrieben. Insbesondere wird auch auf die Realisierung eines leistungs- und frequenzstabilen Lasersystems (bei 493 und 650 nm) zur Laserkuhlung der 138Ba+-Ionen eingegangen. Bei der Darstellung der experimentellen Ergebnisse wird zunachst die Praparation von (reinen) Barium-Coulomb-Kristallen sowie deren Abbildung durch Detektion der Bariumfluoreszenz vorgestellt. Coulomb-Kristalle unterschiedlicher Grose und Struktur bis hin zu linearen Ketten einzelner Ionen sind beobachtet worden. Fur kleine Ba+-Kristalle werden dabei Temperaturen von Ein weiterer Aspekt der experimentellen Arbeit besteht in dem massenselektiven Nachweis der gefangenen Ionen. Hierfur werden u.a. die gezielte Anregung der massenspezifischen Sakularbewegung sowie die Moglichkeit einer gezielten Ionenextraktion ausgenutzt. Hinsichtlich der sympathetischen Kuhlung komplexer Molekulionen ist es gelungen, den Transfer unterschiedlicher Ionensorten von der Ionenquelle zur Paulfalle und den gemeinsamen Einschluss mit Bariumionen zu demonstrieren. Die sympathetische Kuhlung der schweren Molekulionen macht sich in veranderten Extraktionsspektren sowie in leicht modifizierten Coulomb-Kristallstrukturen bemerkbar. Vergleiche der experimentell beobachteten Kristallstrukturen bzw. Grose der Ionenwolken mit Simulationsergebnissen erlauben die Angabe einer oberen Grenze fur die kinetische Energie der Teilchen. Fur Barium-Ionenwolken mit gleichzeitig eingeschlossenen komplexen Molekulen kann ein oberer Wert zwischen 10 K und 15 K angegeben werden. Bei weiterer Optimierung der Apparatur erwartet man auch fur komplexe Molekule Temperaturen im Bereich von 100 mK.
Abstract Die Speicherung von kalten Ionenkristallen in einer Paul‐Falle gilt als ein erfolgversprechender Ansatz für die experimentelle Realisierung eines zukünftigen Quantencomputers. Nachdem das Funktionsprinzip für eine geringe Anzahl Ionen demonstriert werden konnte, steht nun die Skalierbarkeit dieser Methode auf eine große Zahl von Ionen im Brennpunkt der Forschung. Unsere Gruppe an der Universität Ulm hat kürzlich eine mikroskopische und in eine Vielzahl von Segmenten aufgeteilte Paul‐Falle gebaut.