F-Praktikum: Paulfalle
BetreuerBernd Sontheimer AllgemeinDauer: 1 Tag Hinweis: Bitte nach Buchung des Versuchs beim Versuchsleiter melden zwecks Terminabsprache! |
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Thema
Ionenfallen bieten die Möglichkeit, einzelne geladene Teilchen unter idealen Bedingungen zu studieren. Mit ihnen gelingt es, Teilchen freischwebend ohne Wechselwirkung mit einem Trägermaterial oder anderen Teilchen zu untersuchen. Bis heute haben sich die Ionenfallen in einer Vielzahl von Anwendungen mit ganz unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten bewährt.
Eine Art der Ionenfallen sind die sogenannten Paul-Fallen, die den Einfang von geladenen Teilchen nur mit Hilfe elektrischer Wechselfelder ermöglichen. Sie sind benannt nach ihrem Erfinder Wolfgang Paul, der dafür 1989 den Nobelpreis für Physik erhielt.
Im Praktikumsversuch soll die Funktionsweise von Paul-Fallen mit verschiedenen Geometrien (klassische und lineare Paul-Falle) untersucht werden. Dazu werden Bärlappsporen geladen und in die Fallen eingebracht. Neben der Bestimmung der Ladung und Masse der Sporen soll auch die Struktur von den sich ausbildenden Coulomb-Kristallen in Abhängigkeit der Anzahl der eingefangen Partikel analysiert werden. Coulomb-Kristalle sind regelmäßige Strukturen, die sich innerhalb der Falle aufgrund der gegenseitigen Coulomb-Abstoßung der geladenen Teilchen ausbilden.
Materialien und Protokoll
Lesen Sie sich vor dem Versuch bitte die folgenden Texte durch:
- Versuchsanleitung
- W. Paul, Angew. Chem. 102 (1990) 780- 789: Elektromagnetische Käfige für geladene und neutrale Teilchen (Nobel-Vortrag)
- Kapitel 3 in K. Blaum, Vorlesung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz (2006): LASERSPEKTROSKOPIE, FALLEN UND IHRE ANWENDUNGEN
- M. Block, A. Drakoudis, H. Leuthner, P. Seibert, G. Werth, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 33 (2000) L375–L382: Crystalline ion structures in a Paul trap
Optional:
- Abschnitt 2.7 in W. Demtröder: Experimentalphysik 3 - Atome, Moleküle und Festkörper, 4. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010
- V. Bedanov, F. Peeters, Phys. Rev. B 49 (1994) 2667-2676: Ordering and phase transitions of charged particles in a classical finite two-dimensional system
Das Protokoll sollte nicht länger als 10 Seiten sein und ist spätestens zwei Wochen nach Durchführung des Versuches abzugeben. Gegen eine elektronische Abgabe per Email ist nichts einzuwenden, wenn das Protokoll im PDF-Format vorliegt!