Armadilha de íons - Ion trap
Uma armadilha de íons é uma combinação de campos elétricos ou magnéticos usados para capturar partículas carregadas - conhecidas como íons - geralmente em um sistema isolado de um ambiente externo. As armadilhas de íons têm vários usos científicos, como espectrometria de massa , pesquisa em física básica e controle de estados quânticos. Os dois tipos mais comuns de armadilha de íons são a armadilha de Penning , que forma um potencial por meio de uma combinação de campos elétricos e magnéticos, e a armadilha de Paul, que forma um potencial por meio de uma combinação de campos elétricos estáticos e oscilantes.
As armadilhas de penning podem ser usadas para medições magnéticas precisas em espectroscopia. Os estudos de manipulação do estado quântico costumam usar a armadilha de Paul. Isso pode levar a um computador quântico de íon aprisionado e já foi usado para criar os relógios atômicos mais precisos do mundo . Canhões de elétrons (um dispositivo que emite elétrons em alta velocidade, usado em CRTs ) podem usar uma armadilha de íons para evitar a degradação do cátodo por íons positivos.
Espectrômetros de massa de armadilha de íons
Um espectrômetro de massa de armadilha de íons pode incorporar uma armadilha Penning ( ressonância cíclotron de íon de transformada de Fourier ), armadilha Paul ou armadilha Kingdon . O Orbitrap , lançado em 2005, é baseado na armadilha Kingdon. Outros tipos de espectrômetros de massa também podem usar uma armadilha de íons quadrupolo linear como um filtro de massa seletivo.
Penning ion trap
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Uma armadilha Penning armazena partículas carregadas usando um forte campo magnético axial homogêneo para confinar as partículas radialmente e um campo elétrico quadrupolo para confinar as partículas axialmente. As armadilhas de penning são adequadas para medições das propriedades de íons e partículas subatômicas carregadas estáveis . Os estudos de precisão do momento magnético do elétron por Dehmelt e outros são um tópico importante na física moderna.
Armadilhas Penning pode ser usado em computação quântica e processamento de informação quântica e são usados pelo CERN para armazenar antimatéria. As armadilhas de penning formam a base da espectrometria de massa de ressonância de ciclotron de íon de transformada de Fourier para determinar a relação massa-carga de íons .
A armadilha Penning foi inventada por Frans Michel Penning e Hans Georg Dehmelt , que construiu a primeira armadilha na década de 1950.
Paul ion trap
Uma armadilha de Paul é um tipo de armadilha de íons quadrupolo que usa campos elétricos oscilantes de corrente contínua estática (DC) e radiofrequência (RF) para capturar os íons. As armadilhas de Paul são comumente usadas como componentes de um espectrômetro de massa . A própria invenção da armadilha de íons quadrupolo 3D é atribuída a Wolfgang Paul, que compartilhou o Prêmio Nobel de Física em 1989 por este trabalho. A armadilha consiste em dois eletrodos de metal hiperbólicos com seus focos voltados um para o outro e um eletrodo em anel hiperbólico a meio caminho entre os outros dois eletrodos. Os íons são aprisionados no espaço entre esses três eletrodos pelos campos elétricos oscilantes e estáticos.
Armadilha e orbitrap Kingdon
Uma armadilha Kingdon consiste em um fio central fino, um eletrodo cilíndrico externo e eletrodos de terminação isolados em ambas as extremidades. Uma tensão aplicada estática resulta em um potencial logarítmico radial entre os eletrodos. Em uma armadilha Kingdon, não há mínimo potencial para armazenar os íons; no entanto, eles são armazenados com um momento angular finito em torno do fio central e o campo elétrico aplicado no dispositivo permite a estabilidade das trajetórias de íons. Em 1981, Knight introduziu um eletrodo externo modificado que incluía um termo quadrupolo axial que confina os íons no eixo da armadilha. A armadilha Kingdon dinâmica tem uma tensão CA adicional que usa forte desfocagem para armazenar partículas carregadas permanentemente. A armadilha Kingdon dinâmica não requer que os íons presos tenham momento angular em relação ao filamento. Uma Orbitrap é uma armadilha Kingdon modificada usada para espectrometria de massa . Embora a ideia tenha sido sugerida e simulações de computador realizadas, nem as configurações Kingdon nem Knight foram relatadas para produzir espectros de massa, pois as simulações indicaram que o poder de resolução de massa seria problemático.
Tubos de raios catódicos
As armadilhas de íons foram usadas em receptores de televisão antes da introdução das faces CRT aluminizadas por volta de 1958, para proteger a tela de fósforo de íons. A armadilha de íons deve ser delicadamente ajustada para brilho máximo.
Computador quântico de íon aprisionado
Alguns trabalhos experimentais para o desenvolvimento de computadores quânticos usam íons aprisionados . Unidades de informação quântica chamadas qubits são armazenadas em estados eletrônicos estáveis de cada íon, e a informação quântica pode ser processada e transferida por meio do movimento quantizado coletivo dos íons, interagindo pela força de Coulomb . Lasers são aplicados para induzir o acoplamento entre os estados de qubit (para operações de qubit único) ou entre os estados de qubit internos e estados de movimento externos (para emaranhamento entre qubits).
Referências
links externos
- VIAS Science Cartoons Uma visão mal-humorada de uma armadilha de íons ...
- Paul armadilha