VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
38 CHAPITRE 2. PIÉGER ET REFROIDIR DES IONS
x
y
O
VRF
VDC
Fig. 2.2 – Alimentaion des électrodes cylindriques
Fig. 2.3 – Potentiel électrique généré
La figure 2.1 schématise un piège de Paul linéaire. Il est composé de six électrodes reliées
électriquement deux à deux pour former trois paires. Deux paires d’électrodes cylindriques
assurent le confinement du mouvement transverse (plan x, y) et une paire d’électrodes ici
en anneaux assurent le confinement du mouvement longitudinal (axe z, on la désignera
paire d’électrodes endcaps ou simplement endcaps). Les barres cylindriques sont disposées
parallèlement et appariées en diagonale, on les désignera par la paire d’électrodes RF et
la paire d’électrodes DC. Si on alimente ce dispositif par des tensions continues, le potentiel
électrique généré au centre ne permet pas de confiner une particule chargée : d’après
l’équation de Maxwell-Gauss (ici −→ ∇. −→ E = 0) , les lignes de champ électrique qui entrent dans
la région centrale doivent nécessairement en ressortir, définissant autant de trajectoires de
particules qui traversent le dispositif.
Les figures 2.2 et 2.3 montrent un exemple de cette situation : le potentiel électrique est
représenté pour le plan transverse et l’on voit clairement une structure en selle de cheval
piégeante dans une direction et antipiégeante dans l’autre. L’idée du piège de Paul tient à
l’utilisation de tensions oscillantes et consiste schématiquement à faire tourner ce potentiel
en selle suffisamment rapidement pour être toujours en avance sur le mouvement de l’ion.
Dans la pratique pour borner le mouvement d’un cation dans les trois directions de l’espace,
on peut :
– alimenter les endcaps par une tension positive que l’on note Vec et confiner ainsi le
mouvement longitudinal ;
– alimenter une première paire d’électrodes cylindriques par une tension sinusoïdale dont
on note VRF et ωRF l’amplitude et la fréquence—on désignera par la suite ce couple
comme les électrodes RF—
– piloter le dernier couple par une tension continue notée VDC faible devant l’amplitude
de la tension sinusoïdale—on désignera par la suite ce couple comme les électrodes
DC—
Le paragraphe suivant donne le détail des conditions de stabilité sur ces tensions, mais on
peut déjà approcher les conditions sur la tension sinuoïdale par un raisonnement qualitatif.
Il s’agit de comparer le temps t1 mis par un ion de masse m pour sortir du piège de rayon
typique R, au temps caractéristique t2 = (ωRF ) −1 de variation de la tension sinusoïdale. La