Un equipo internacional de Suecia, Japón, y Alemania ha establecido un nuevo récord de temperatura para lo que se conoce como trampas de iones cuadrupolo que capturan iones moleculares cargados eléctricamente. Lograron enfriar unos diez millones de iones hasta 7,4 K (aproximadamente -265,8 grados Celsius) utilizando un gas tampón. Ese es un nuevo récord.

Anteriormente, solo era posible enfriar unos mil iones a 7,5 K utilizando gas tampón. Sin embargo, mil iones no son suficientes para los análisis espectroscópicos. La trampa de iones con este nuevo método brinda una nueva oportunidad para utilizar la espectroscopia de rayos X criogénica para estudiar el magnetismo y los estados fundamentales de los iones moleculares. Esta es la base necesaria para desarrollar nuevos materiales para tecnologías de la información energéticamente eficientes. El trabajo ha sido publicado en el Revista de física química .

"Hasta ahora, todos asumieron que no sería posible alcanzar temperaturas más bajas con una densidad de iones tan alta con una trampa de iones cuadrupolo. Pero puede hacerse", dice el investigador de HZB Tobias Lau. Esto se debe a que el campo electromagnético de RF no solo atrapa los iones almacenados, pero también los "sacude", por lo que constantemente están ganando energía y subiendo de temperatura. Para extraer esta energía adicional, el equipo introdujo el helio como gas amortiguador, ya una presión relativamente alta. "Hay que imaginarse esto como una especie de jarabe frío que amortigua el macro movimiento de las partículas, ralentizando su rotación y traducción ", explica Vicente Zamudio-Bayer de la Universidad de Friburgo.

Configuración experimental única

Los experimentos se llevaron a cabo utilizando la estación UE52-PGM en BESSY II donde se puede variar la polarización de la radiación de rayos X suaves. La configuración experimental en esta línea de luz es única para facilitar la espectroscopia de rayos X de iones criogénicos bajo campos magnéticos aplicados externamente. La muestra se puede analizar en un campo magnético aplicado externamente utilizando rayos X polarizados circularmente (dicroísmo circular magnético de rayos X / XMCD). Esto proporciona información sobre los momentos magnéticos de los electrones subdivididos en contribuciones de espín y orbitales.

Momentos magnéticos de los cationes N2

"Pudimos por primera vez determinar experimentalmente los momentos magnéticos de las dimisiones de níquel gracias a las temperaturas especialmente bajas", Lau continuó. El trabajo en la trampa de iones es parte de un proyecto más grande de HZB y la Univ. de Friburgo financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (Beca nº BMBF-05K13Vf2).

Perspectiva:temperaturas más bajas

"Ahora estamos trabajando para alcanzar temperaturas aún más bajas. Esperamos llegar pronto a 5 K", ofrece Zamudio-Bayer. Cuanto menor sea la temperatura, cuanto más claramente aparezcan los efectos magnéticos.

Beneficio para los usuarios

Pero todos los usuarios de la trampa de iones en la estación BESSY II UE52-PGM ya pueden beneficiarse del récord logrado. "No solo magnetismo, pero también aquí se pueden estudiar espectroscópicamente muchas otras propiedades de una amplia gama de moléculas diferentes, tales como complejos de iones de metales de transición. Por tanto, resultará atractivo para muchos usuarios, especialmente los de química física ", Lau piensa.