使用基于激光的蒸发冷却来冷却带负电的分子

实验装置和位置依赖性光离析下的热化动力学。资料来源：《自然-物理》（2023）。DOI: 10.1038/s41567-023-02084-6

鲁普雷希特-卡尔斯大学物理研究所的一个物理学家小组与因斯布鲁克大学离子物理和盎格鲁物理研究所的同事合作，开发了一种激光技术，可以有选择地从样品中去除能量最高的离子，冷却那些残留的离子。

在他们发表在《自然-物理学》杂志上的论文中，该小组描述了他们的方法和它的可能用途。自然》杂志的团队还在同一期发表了一篇《研究亮点》论文，概述了该团队在这项新工作上的工作。

冷却分子离子在物理学和化学研究中都有广泛的应用，包括目前为更好地了解土星的卫星泰坦等天体的化学而进行的工作。不幸的是，冷却带负电荷的分子已被证明是更困难的，其用途也受到限制。在这项新的努力中，研究小组开发了一种技术，使这个过程相对容易。

这个想法源于之前涉及使用蒸发冷却的工作，这是一项与蒸发冷却器有关的技术，被用来冷却干燥地区的家庭。在这个例子中，该技术被用来通过改变含有反质子的陷阱的形状来对反质子进行负电。

在这项新工作中，该团队首先使用一个射频陷阱来保持大约370K的OH-阴离子样本。他们使用一种特殊类型的激光器，即单光离散激光器来操纵陷阱中的阴离子。这是通过将激光调谐到一个所需的阈值来完成的，它可以中和穿过激光束的离子，允许它们从陷阱中被移除。

随着这一过程的继续，那些具有最高能量的阴离子被慢慢移走，留下那些具有较低能量的阴离子。而这使整个捕集器和剩余的样品变得更冷。在随后的试验中，该团队发现他们能够优化这一过程，从而使捕集器冷却几个数量级。

研究小组总结说，他们的技术可用于实验室研究，也可用于与更好地了解星际云或天体（如土卫六）的大气有关的研究。

参考资料

Jonas Tauch et al, Laser-induced forced evaporative cooling of molecular anions below 4 K, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02084-6

Daniel Comparat et al, Anions get cold, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02085-5