Uma equipe internacional da Suécia, Japão, e a Alemanha estabeleceu um novo recorde de temperatura para o que é conhecido como armadilhas iônicas quadrupolo, que capturam íons moleculares eletricamente carregados. Eles conseguiram resfriar cerca de dez milhões de íons até 7,4 K (aproximadamente -265,8 graus Celsius) usando um gás tampão. Esse é um novo recorde.

Anteriormente, só era possível resfriar cerca de mil íons a 7,5 K usando gás tampão. Contudo, mil íons não são suficientes para análises espectroscópicas. A armadilha de íons com este novo método oferece uma nova oportunidade de usar a espectroscopia de raios-X criogênica para estudar o magnetismo e os estados fundamentais dos íons moleculares. Esta é a base necessária para desenvolver novos materiais para tecnologias de informação com eficiência energética. O trabalho foi publicado no Journal of Chemical Physics .

"Até agora, todos presumiram que não seria possível atingir temperaturas mais baixas com uma densidade de íons tão alta com uma armadilha iônica quadrupolar. Mas isto pode ser feito", diz o pesquisador do HZB, Tobias Lau. Isso ocorre porque o campo eletromagnético de RF não captura apenas os íons armazenados, mas os "sacode" também, de modo que estão constantemente ganhando energia e aumentando sua temperatura. A fim de extrair essa energia adicional, a equipe introduziu o hélio como um gás tampão, e a uma pressão relativamente alta. "Você tem que imaginar isso como uma espécie de xarope frio que amortece o macro movimento das partículas, retardando sua rotação e translação ", explica Vicente Zamudio-Bayer, da Universidade de Friburgo.

Configuração experimental única

Os experimentos foram realizados usando a estação UE52-PGM em BESSY II, onde a polarização da radiação de raios-X suave pode ser variada. A configuração experimental nesta linha de luz é única em facilitar a espectroscopia de raios-X de íons criogênicos sob campos magnéticos aplicados externamente. A amostra pode ser analisada em um campo magnético aplicado externamente usando raios X polarizados circularmente (dicroísmo circular magnético de raios X / XMCD). Isso produz informações sobre os momentos magnéticos dos elétrons subdivididos em contribuições de spin e orbitais.

Momentos magnéticos de cátions N2

"Pudemos, pela primeira vez, determinar experimentalmente os momentos magnéticos das dimercações do níquel graças às temperaturas especialmente baixas", Lau continuou. O trabalho na armadilha de íons faz parte de um projeto maior do HZB e da Univ. de Freiburg sendo financiado pelo Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa (Concessão nº BMBF-05K13Vf2).

Outlook:temperaturas mais baixas

“Estamos agora trabalhando para atingir temperaturas ainda mais baixas. Esperamos chegar em breve a 5 K”, oferece Zamudio-Bayer. Quanto mais baixa a temperatura, mais claramente os efeitos magnéticos aparecem.

Benefício para os usuários

Mas todos os usuários da armadilha de íons na estação BESSY II UE52-PGM já podem se beneficiar do recorde alcançado. "Não só magnetismo, mas também muitas outras propriedades de uma ampla gama de moléculas diferentes podem ser estudadas espectroscopicamente aqui, tais como complexos de íons de metal de transição. Isso, portanto, será atraente para muitos usuários, especialmente aqueles em físico-química ", Lau pensa.