Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD
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6.3. Kompensation der Mikrobewegung 61<br />
e<strong>in</strong>en <strong>Ionen</strong>kristall und versucht ihn anschlieend zu beschleunigen. Dabei ist die Frage, ob der<br />
Kristall schmilzt oder nicht. Inzwischen wurden dort erste kristallisierte Strahlen beobachtet<br />
[173]. Die Stabilitt von <strong>Ionen</strong>kristallen ist generell e<strong>in</strong>e <strong>in</strong>teressante Frage. Theoretisch sollten<br />
die Kristalle, nachdem sie gebildet wurden, auch ohne Khlung stabil se<strong>in</strong>. In der Praxis ist ihre<br />
Lebensdauer aber auf e<strong>in</strong>ige Sekunden bis M<strong>in</strong>uten beschrnkt, wobei die Kristalle meistens<br />
durch Ste mit Restgasatomen schmelzen. Demnach ist ihre Lebensdauer vor allem durch das<br />
Vakuum bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Untersuchungen darauf beschrnkt<br />
zu berprfen, ob e<strong>in</strong> Kristall ohne Khlung so lange berlebt, wie man fr die Messung der atomaren<br />
Lebensdauer des metastabilen Zustands braucht. Da e<strong>in</strong>e solche Messung nur etwa zehn<br />
Sekunden bentigt, s<strong>in</strong>d die Anforderung an die Stabilitt aber vergleichsweise ger<strong>in</strong>g (Details im<br />
Kapitel Lebensdauer).<br />
6.3 Kompensation der Mikrobewegung<br />
Wie <strong>in</strong> Kapitel 3 gezeigt wurde, kann man die Lsung der Bewegungsgleichung im Rahmen der<br />
adiabatischen Nherung gem Gleichung 3.12 darstellen. Die Makrobewegung kann lasergekhlt<br />
werden. Da es sich bei der Mikrobewegung um e<strong>in</strong>e getriebene Bewegung handelt, kann man<br />
diese nicht khlen. Die Strke der Mikrobewegung wchst mit der elektrischen Feldstrke, d.h. mit<br />
dem Abstand zur Achse der l<strong>in</strong>earen Falle. Fr <strong>Ionen</strong>, die exakt auf der Achse im M<strong>in</strong>imum des<br />
Wechselfeldes der l<strong>in</strong>earen Falle gespeichert werden, verschw<strong>in</strong>det die Mikrobewegung. Man<br />
kann aber auch <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er l<strong>in</strong>earen Falle nur <strong>Ionen</strong>zahlen bis zu ca. 30 (fr unsere Falle) als l<strong>in</strong>eare<br />
Kette speichern. Allerd<strong>in</strong>gs knnen <strong>in</strong> der Praxis selbst <strong>in</strong> diesem Fall weitere Strungen vorliegen,<br />
so da die <strong>Ionen</strong> trotzdem der Mikrobewegung ausgesetzt s<strong>in</strong>d. Durch statische Strpotentiale<br />
kann es zu permanenten Auslenkungen der <strong>Ionen</strong> aus dem M<strong>in</strong>imum auf der Achse kommen.<br />
Als Ursache solcher Strungen kommen z.B. Kontaktpotentiale <strong>in</strong> Frage, die sich bilden knnen,<br />
wenn die Elektroden bei der <strong>Ionen</strong>erzeugung mit Calcium bedampft werden. Die typische Grenordnung<br />
solcher Potentiale liegt im Bereich e<strong>in</strong>iger 100mV bis zu e<strong>in</strong>igen Volt. Problematisch<br />
ist besonders, wenn sich Oxidschichten auf den Elektroden ausbilden. Das wre mglich, wenn<br />
die Elektroden beim ffnen der Apparatur nicht sorgfltig gere<strong>in</strong>igt wrden oder wenn whrend des<br />
Ausheizens Sauerstoff <strong>in</strong> die Apparatur e<strong>in</strong>tritt. Zur Vermeidung solcher Strpotentiale kann man<br />
die Elektroden z.B. mit e<strong>in</strong>em edlen Metall wie Gold beschichten (auch Aquadag, e<strong>in</strong>e UHVtaugliche,<br />
kolloidale Suspension von Graphit <strong>in</strong> Wasser, wird e<strong>in</strong>gesetzt). E<strong>in</strong> weiteres Problem<br />
ist meist nicht vermeidbar: Es kommt zu Phasendifferenzen zwischen den Spannungen, die<br />
an den Elektroden des Quadrupols fr das Fhrungsfeld angelegt werden. Normalerweise sollten<br />
gegenberliegende Stbe auf gleichem Potential liegen, allerd<strong>in</strong>gs kann es wegen der unterschiedlichen<br />
Kapazitten der Anschludrhte zu Phasenverschiebungen kommen. Auch diese resultieren<br />
<strong>in</strong> e<strong>in</strong>er verbleibenden Mikrobewegung. Sie knnen aber durch zustzliche Trimmkondensatoren<br />
<strong>in</strong> den Zuleitungen elim<strong>in</strong>iert werden. Auch Isolatoren, die sich <strong>in</strong> der Nhe der Falle bef<strong>in</strong>den,<br />
knnen Strungen verursachen, wenn sie sich durch berschssige Elektronen aufladen. Daher<br />
mu man versuchen solche mglichst gut abzuschirmen. In jedem Fall besteht die Notwendigkeit<br />
zur Kompensation der verbleibenden Mikrobewegung. Das ist vor allem deshalb wichtig, weil<br />
sie e<strong>in</strong>en unerwnschten Heizeffekt darstellt, der das Laserkhlen erschwert. Bei unserer Geometrie,<br />
d.h. bei fast axialem Laserstrahl und Detektion der <strong>Ionen</strong> senkrecht dazu gibt es e<strong>in</strong>en<br />
sichtbaren Effekt. Auf dem Kamerabild beobachtet man bei schlecht kompensierter Mikrobewegung<br />
die <strong>Ionen</strong> als Striche anstatt Punkte, da ihre Bewegung whrend der Integrationszeit der<br />
Kamera gemittelt wird. In der Przisionsspektroskopie wirkt sich die Mikrobewegung ber den<br />
Dopplereffekt 2. Ordnung negativ auf die erzielbare Genauigkeit aus. Die Kompensation der<br />
Mikrobewegung kann durch statische Zusatzpotentiale bewerkstelligt werden, mit denen man