Эффективная вычислительная схема для описания динамики иона в радиочастотном поле ловушки Пауля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье разработана эффективная вычислительная схема для интегрирования классических уравнений Гамильтона, описывающих динамику ионов пленённых радиочастотным полем ловушки Пауля. Она позволила провести количественные расчёты резонансных атомно-ионных столкновений в гибридных атомно-ионных ловушках с учётом неустранимого микродвижения ионов, вызванного радиочастотными полями (V.S. Melezhik et. al., Phys. Rev. A100, 063406 (2019)). Важным элементом гибридных атомно-ионных систем является электромагнитная ловушка Пауля, удерживающая заряженный ион. Колебательное движение пленённого иона определяется двумя частотами ловушки Пауля. Это частота порядка 100 кГц из-за постоянного электрического поля и радиочастоты 1-2 МГц определяется переменным электромагнитным полем ионной ловушки. Необходимость точного описания движения ионов в комбинированном поле с двумя временными шкалами, задаваемыми двумя сильно различающимися частотами, потребовала разработки устойчивой вычислительной схемы для интегрирования классических уравнений (Гамильтона) движения ионов. Кроме того, требуется устойчивость схемы на достаточно большом интервале времени столкновения иона с холодным атомом ∼ 10 × 2/, определяемом частотой атомной ловуш- ки ∼ 10 кГц, и в сам момент столкновения атома с ионом при сильной связи уравнений Гамильтона. Разработанный численный метод учитывает все отмеченные особенности задачи и позволяет с необходимой точностью интегрировать систему связанных квантово-квазиклассических уравнений и количественно описывать процессы атомно-ионных столкновений в гибридных ловушках, включая резонансные эффекты.

Об авторах

В. С. Мележик

Объединённый институт ядерных исследований; Государственный университет «Дубна»

Автор, ответственный за переписку.
Email: melezhik@theor.jinr.ru

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher of Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, Joint Institute for Nuclear Research; professor of Dubna State University

ул. Жолио Кюри, д. 6, г. Дубна, Московская область, 141980, Россия; ул. Университетская, д. 19, г. Дубна, Московская область, 141980, Россия

Список литературы

  1. M. Tomza, K. Jachymski, R. Gerritsma, A. Negretti, T. Calarco, Z. Idziaszek, and P. S. Julienne, “Cold hybrid ion-atom systems,” Reviews of Modern Physics, vol. 91, no. 3, p. 035 001, 2019. DOI: 10. 1103 / RevModPhys.91.035001.
  2. V. S. Melezhik, Z. Idziaszek, and A. Negretti, “Impact of ion motion on atom-ion confinement-induced resonances in hybrid traps,” Physical Review A, vol. 100, no. 6, p. 063 406, 2019. doi: 10.1103/PhysRevA. 100.063406.
  3. V. S. Melezhik and P. Schmelcher, “Quantum energy flow in atomic ions moving in magnetic fields,” Physical Review Letters, vol. 84, no. 9, pp. 1870-1873, 2000. doi: 10.1103/physrevlett.84.1870.
  4. V. S. Melezhik, “Recent progress in treatment of sticking and stripping with time-dependent approach,” Hyperfine Interactions, vol. 138, no. 1, pp. 351-354, 2001. doi: 10.1023/A:1020833119205.
  5. V. S. Melezhik, J. S. Cohen, and C.-Y. Hu, “Stripping and excitation in collisions between and He+( ⩽ 3) calculated by a quantum timedependent approach with semiclassical trajectories,” Physical Review A, vol. 69, no. 3, p. 032 709, 2004. doi: 10.1103/PhysRevA.69.032709.
  6. V. S. Melezhik and L. A. Sevastianov, “Quantum-semiclassical calculation of transition probabilities in antiproton collisions with helium ions,” in Analytical and Computational Methods in Probability Theory, V. V. Rykov, N. D. Singpurwalla, and A. M. Zubkov, Eds., Cham: Springer International Publishing, 2017, pp. 449-460.
  7. J. Joger, H. Frst, N. Ewald, T. Feldker, M. Tomza, and R. Gerritsma, “Observation of collisions between cold Li atoms and Yb+ ions,” Physical Review A, vol. 96, no. 3, 030703(R), 2017. doi: 10.1103/physreva.96. 030703.
  8. H. Fürst, T. Feldker, N. V. Ewald, J. Joger, M. Tomza, and R. Gerritsma, “Dynamics of a single ion-spin impurity in a spin-polarized atomic bath,” Physical Review A, vol. 98, no. 1, p. 012 713, 2018. DOI: 10. 1103 / physreva.98.012713.
  9. T. Feldker, H. Fürst, H. Hirzler, N. V. Ewald, M. Mazzanti, D. Wiater, Tomza, and R. Gerritsma, “Buffer gas cooling of a trapped ion to the quantum regime,” 2019. arXiv: 1907.10926 [quant-ph].
  10. D. Leibfried, R. Blatt, C. Monroe, and D. Wineland, “Quantum dynamics of single trapped ions,” Reviews of Modern Physics, vol. 75, pp. 281- 324, 2003. doi: 10.1103/RevModPhys.75.281.
  11. D. J. Berkeland, J. D. Miller, J. C. Bergquist, W. M. Itano, and D. J. Wineland, “Minimization of ion micromotion in a Paul trap,” Journal of Applied Physics, vol. 83, no. 10, pp. 5025-5033, 1998. DOI: 10.1063/1. 367318.
  12. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Mechanics. New York: Pergamon, 1976, pp. 93-95, 93-95.
  13. E. Hairer, C. Lubich, and G. Wanner, Geometric numerical integration. Structure-preserving algorithms for ordinary differential equations. Berlin, Heidelberg: Springer, 2006, ch. I.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».