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Particle sources for molecular matter-wave interferometry with nanoparticles
Philipp Schmid
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Dr.-Studium der Naturwissenschaften Physik
Betreuer*in
Markus Arndt
DOI
10.25365/thesis.35373
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29466.98118.812854-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Welleneigenschaften massiver Teilchen wurden 1923 von Louis deBroglie vorhergesagt. Die experimentelle Untersuchung dieses Superpositions-Prinzips von komplexen Teilchen ist weiterhin ein aktives Forschungsfeld.
Neue Techniken in molekularer Materiewelleninterferometrie sind darauf ausgerichtet den Massenbereich von MDa und größer zu untersuchen. Unabhängig vom Aufbau des Interferometers ist ein wichtiger Punkt die Herstellung von neutralen Teilchenstrahlen. Dabei ist die Produktion von wohldefinierten Strahlen aus kalten, neutralen Molekülen in der Gasphase weiterhin eine große Herausforderung.
In dieser Dissertation werden zwei unterschiedliche Konzepte von Quellen für molekulare Materiewelleninterferometrie beschrieben, die das Potential haben den Massenbereich in bisherigen Experimenten zu vergrößern.
Als erstes wurde Laserdesorption von neutralen, funktionalisierten organischen Molekülen mit Massen bis 25 kDa in Kombination mit VUV Photoionisation untersucht. Die Moleküle wurden intakt von einer Probenoberfläche mittels Laserdesorption heruntergelöst und in der Gasphase ionisiert. Die gemessenen Geschwindigkeitsverteilungen und Ionisationskurven zeigen, dass diese Technik schon in derzeit aufgebauten Interferometern eingesetzt werden kann.
Für Materiewelleninterferometrie mit schwereren Teilchen ist eine andere Quelle notwendig. Hierfür wurde die Kopplung einer linearen Radiofrequenzfalle an ein Interferometer untersucht. In einem ersten Schritt wurde eine lineare Ionenfalle mit zerstörungsfreier Detektion entwickelt. Die Molekülionen werden mittels MALDI produziert und durch Fluoreszenz detektiert. In dieser Arbeit konnte das Speichern und die Detektion von Ionenwolken im Massenbereich bis 1 MDa gezeigt werden.
Ausserdem wurde in dieser Arbeit ein neuartiges Konzept zur sympathetischen Kühlung von molekularen Ionen unabhängig ihres Masse-zu-Ladung Verhältnis untersucht. Geeignete experimentelle Konditionen wurden in ausführlichen Simulationen gesucht und in Experimenten wurde die Speicherung von schweren und leichten Ionen in einer Zwei-Frequenzfalle untersucht.
Abstract
(Englisch)
The wave properties of massive particles were predicted by Louis deBroglie in 1923, with the experimental demonstration of this superposition principle continuing to this day.
New techniques in molecular matter-wave interferometry aim for the mass range of MDa or beyond. In contrast to atom interferometry, the creation of well-defined beams of neutral, cold massive molecules in the gas phase remains a challenge.
In this thesis two different source concepts for molecular matter-wave interferometers are investigated, which have the potential to extend the mass range in current experiments.
Laser desorption of neutral, functionalized organic molecules up to 25 kDa combined with VUV-photoionization was tested. Molecules were released intact from a sample by laser desorption and ionized in the gas-phase. The resulting velocity distributions and ionization curves show that this experimental technique can be suitable for matter-wave interferometry in already existing experimental setups.
For matter-wave interferometry with particles heavier than 1 MDa, a different source concept is required. Here, the coupling of an ion trap to an interferometer was investigated. In a first step a linear quadrupole ion trap combined with a non-destructive detection method was developed. Ions were created by MALDI and subsequently trapped and detected by fluorescence. The experiments showed the trapping and detection of ion clouds with masses up to 1 MDa.
Finally, a novel scheme for sympathetic cooling of large molecular ions, independent on the mass-to-charge ratio, was investigated. Suitable trapping conditions in a two-tone trap were identified by extended ion optics simulations and experimentally tested.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
matter-wave interferometry ion traps laser desorption photoionization
Schlagwörter
(Deutsch)
Materiewellen-Interferometrie Laserdesorption Ionenfallen
Autor*innen
Philipp Schmid
Haupttitel (Englisch)
Particle sources for molecular matter-wave interferometry with nanoparticles
Paralleltitel (Deutsch)
Teilchenquellen für Materiewellen-Interferometrie mit Nanoteilchen
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
210 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Klassifikationen
33 Physik > 33.23 Quantenphysik ,
33 Physik > 33.38 Quantenoptik, nichtlineare Optik
AC Nummer
AC12263054
Utheses ID
31347
Studienkennzahl
UA | 091 | 411 | |