Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

60 Kapitel 6. Detektion und Prparation von Ionen
und die verschiedenen Strukturen, die sich abhngig von der Ionendichte und Potentialform ergeben,
untersucht und mit Simulationen verglichen. Es werden verschiedene Eigenschaften wie
Kristallgitter oder Temperatur bestimmt. Anhand von gemischten Kristallen aus verschiedenen
Ionen - Ca + und Mg + - wurde die starke Kopplung, die sympathetische Khlung ermglicht,
demonstriert. hnliche Experimente - allerdings mit Ionen des gleichen Isotops in verschiedenen
atomaren Zustnden - wurden auch von uns durchgefhrt [6] (siehe Kap. 6.4). Bei Block et al. [35]
bzw. in der Arbeit von Seibert [178] gibt es ebenfalls einige Untersuchungen ber Kristallstrukturen.
Darin wurden zweidimensionale Kristall-Strukturen, die sich in einem sphrischen Potential
in einer Paulfalle bilden, fr verschiedene Ionenzahlen studiert. Dabei ergibt sich eine Struktur
aus konzentrischen Kreisen, deren Auffllung analog zu einem Periodensystem erfolgt. Auerdem
wurde der bergang von einer linearen Kette ber die Zickzackstruktur bis zu einer helixartigen
Struktur beobachtet. Dazu prpariert man ein bestimmte Anzahl von kristallisierten Ionen in einer
linearen Paulfalle und erhht die axiale Potentialstrke im Vergleich zur radialen. Der bergang
eines linearen Ionenkristalls zu einer Zickzackstruktur wurde auch von Enzer et al. [79] ausfhrlich
untersucht, da er fr die Anwendung bei Quantenregistern von Bedeutung ist. 1995 wurden
lineare Ionenketten, die in den Grundzustand gekhlt sind, von Cirac und Zoller zur Realisierung
von Quantengattern vorgeschlagen [52]. In Abb.6.2 werden exemplarisch zwei typische Kon-
Abbildung 6.2. Bilder von Ionenkristallen in zwei verschiedenen Konfigurationen. Im oberen
Bild ist ein mittelgroer, zigarrenfrmiger Kristall mit Schalenstruktur
gezeigt, unten sieht man einen zickzackfrmigen Kristall aus 18 Ionen.
figurationen gezeigt, nmlich ein mittelgroer, zigarrenfrmiger Kristall mit Schalenstruktur und
eine Zickzackstruktur mit 18 Ionen. Aber auch fr Przisionsspektroskopie sind Ionenkristalle interessant,
da sie die Vorteile eines einzelnen Ions bieten, aber bei einer hheren Ionenzahl. Beim
Frequenzstandard mit einzelnen Hg + -Ionen, der am NIST in Boulder betrieben wird, nutzt man
die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhltnisses mit hherer Ionenzahl bereits aus. Man benutzt
dort zehn Ionen statt einem Ion [26]. Eine weitere Anwendung, bei der man die Vorteile von Ionenkristallen
ausnutzen will, ist die Herstellung kristalliner Ionenstrahlen in Beschleunigerringen.
Dort besteht das Interesse in einer verbesserten Brillianz. Das Problem bei der Erzeugung
kristalliner Strahlen besteht dabei nicht in der Gre dieser Beschleuniger, sondern vor allem in
stark inhomogenen Feldern, die bei der Strahlumlenkung zum Einsatz kommen. Diese Felder
knnen zum Schmelzen der Kristalle fhren. Ein Problem liegt auch darin, da man die Teilchen
nicht permanent khlen kann, sondern nur an bestimmten Stellen. Es gibt neben theoretischen
Arbeiten [101] ein Experiment zu diesem Thema, in dem man eine Ringpaulfalle aus mehreren
Segmenten als Prototypen fr einen Beschleuniger verwendet. Dort erzeugt man zuerst statisch