Precisionsmätning av elektronaffinitet i DESIREE
Ett ämnes elektronaffinitet definieras som den mängden energi som frigörs när ytterligare en elektron binds till systemet, vilket naturligtvis är lika med energin som behövs för att avlägsna elektronen från den negativa jonen. Ett effektivt sätt att bestämma elektronaffiniteter är att exponera negativa joner för ett laserfält och sedan variera ljusets våglängd för att hitta tröskeln för en signal relaterad till fotoavskiljningsprocessen som separerar den extra elektronen från den neutrala atomen. Den längsta våglängden för vilken detta kan hända motsvarar en fotonenergi lika med elektronaffiniteten, så genom att hitta tröskeln och transformera från våglängd till fotonenergi kan man bestämma elektronaffiniteten.
När det gäller syre har den negativa jonen en finstruktur och i jonproduktionsprocessen är det oundvikligt att en stor andel av jonerna bildas i den övre finstrukturnivån. Detta innebär att vid den tröskel som vi letar efter kommer det att finnas en betydande signal orsakad av joner vars extra elektron är lite lösare bunden. I DESIREE kan vi lagra anjonerna under lång tid, men tyvärr är medellivslängden för den övre finstrukturnivån flera timmar, vilket gör det opraktiskt att vänta på sönderfallet till grundtillståndet.
Lagrade syreanjoner i DESIREE som utsätts för intensivt, kontinuerligt laserfält
För flera år sedan föreslog Dag Hanstorp från Göteborgs universitet, som är expert på negativt laddade atomära joner, att vi skulle lagra syreanjoner i DESIREE och utsätta dem för ett intensivt kontinuerligt laserfält. Laservåglängden skulle väljas så att populationen i den övre finstrukturnivån effektivt kan avlägsnas medan grundtillståndspopulationen förblev opåverkad. På så vis kunde vi eliminera bidraget från den övre finstrukturnivån och utföra en bättre elektronaffinitetsmätning.
Installation av en exakt våglängdsmätare
Vid det första testexperimentet 2016 deltog Dags masterstudent, Moa Kristiansson, och även om den mätningen inte gav resultat lyckades vi göra Moa intresserad av att doktorera i vår grupp. Under sitt doktorsarbete bidrog Moa till ett antal andra DESIREE-experiment som krävde laserexpertis, samtidigt som hon arbetade med och förbättrade syreexperimentet. Samtidigt fann vi att hårdvaruuppgraderingar var nödvändiga för att nå den ultimata upplösningen som eftersträvades. Första steget där var installationen av en mycket exakt våglängdsmätare, som är placerad i vårt laserlaboratorium och som via en optisk fiber är ansluten till Markus Hennrichs och hans medarbetares laboratorium. Detta arrangemang gör det möjligt för dem att använda våglängdsmätaren och för oss att ta emot en precis kalibreringssignal från deras labb. Med möjligheten att bestämma laservåglängden mycket exakt såg vi att vårt lasersystem inte var tillräckligt stabilt för att utföra mätningen med den höga noggrannhet som eftersträvades.
Tiofaldig förbättring av precision för värdet för syreelektronaffinitet
Av (bland annat) den anledningen köpte vi förra året en kontinuerlig, avstämbar Titan-Saphir-laser med smal bandbredd från M Squared. Med den lasern har vi nu utfört den planerade mätningen och nått ett resultat som innebär en tiofaldig förbättring av precisionen för syreelektronaffinitetsvärdet. Detta var naturligtvis ett huvudresultat i Moas avhandling och i fredags förra veckan publicerades detta arbete i Nature Communications.
Henning Schmidt, för DESIREE gruppen.
Mer information
Senast uppdaterad: 12 oktober 2022
Sidansvarig: Gunilla Häggström, Kommunikatör, Fysikum