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多电荷离子的电荷转移与超冷离子动力学特性研究

蒋玉蓉  
【摘要】:离子阱物理及相关技术的研究一直是原子分子物理的前沿课题。随着它自身的迅速发展以及向其它相关科学的渗透、延伸,不断在高新技术领域得以应用并在基础领域产生多个新的科学生长点,如新型频标、多种特殊离子的碰撞研究和量子信息。本文的主要内容包括射频阱中低能多电荷离子的电荷转移实验研究和单个超冷离子与激光相互作用动力学特性的理论研究。 首先用电子枪轰击产生N~(2+)离子,研究它与N_2的碰撞电荷转移来对自行设计的离子阱质谱装置进行校准。接着用激光溅射方法结合交叉离子束冷却技术在射频阱中产生和囚禁平均能量分别约为4.15eV和4.43eV的Sc~(3+)和Ti~(3+)离子,得到了它们在本底气压下的衰减特性。并首次测量了Sc~(3+)离子与中性气体分子H_2和N_2的电荷转移速率系数。对Sc~(3+)与H_2,电荷转移速率系数为1.44(0.39)×10~(-9)cm·s~(-1),而对Sc~(3+)与N_2,其值为8.18(0.18)×10~(-9)cm·s~(-1)。这些结果与经典的Langevin模型的理论估算值进行了比较,实验值与理论值在数量级上是一致的,以上的结果为聚变等离子体物理的研究领域提供有价值的实验数据,同时还能对理论模型进行验证。 提出了一种简单的方法,即用Maxwell-Bloch方程研究无旋转波近似下单个囚禁超冷离子与激光的相互作用。首先考虑在Lamb-Dicke极限和弱激发区,处在驻波型激光中的单个囚禁超冷离子动力学行为,发现离子的运动并非旋转波近似下严格的周期振荡,而是出现了许多非周期的成份。接着研究在没有Lamb-Dicke极限和弱激发的限定,单个囚禁超冷离子与两束行波激光的Raman相互作用过程,在一个宽的参数范围内研究了单个超冷离子的混沌行为。数值计算结果表明随着Lamb-Dicke参数和Rabi频率的增大,离子的混沌行为越来越明显,而这种行为与失谐量并没有本质的关系。最后在无旋转波近似和Lamb-Dicke极限情况下,全面考虑了微运动的影响,研究了含时势和赝势下离子动力学行为的差别,在小的Lamb-Dicke参数和Rabi频率时,两种情况的差别不大,这也是目前我们常用赝势模型来处理超冷离子的情况的原因。但如果Lamb-Dicke参数和Rabi频率较大时,两者的动力学行为差别就


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