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Thèse Année : 2022

Detection of a giant molecule with a trapped ion cloud

Détection d'une molécule géante avec un nuage d'ions piégés

Résumé

A new application for a laser-cooled trapped ion ensemble is proposed for the non-destructive detection of giant molecules. In this application a molecular ion is injected into a Ca+ ion ensemble. The detection signal is expected in the fluorescence of the ion set which may vary after the perturbation induced by the molecule. In this manuscript, the necessary elements for the design and handling of a prototype are presented, as well as experimental and numerical results to validate the concept and to study the operating conditions. The thesis is organised in three parts. The first part presents the fundamental aspects of ion trapping and laser cooling, with an emphasis on the non-adiabatic case the behaviour of more than one ions. Experimental principles and results are also exhibited. The second part deals with the fundamental and experimental aspects of the electrospray ionisation molecular source and its attached guiding elements for charged particle. This part is the opportunity to sum up the recent advances in similar systems. The third part presents the molecular dynamics simulations conducted in order to numerically reproduce the interaction as well as to study the behaviour of the trapped ions. With the simulations, we highlight the key roles of the Coulomb interaction combined with radio-frequency heating in the cloud destabilisation mechanism leading to detection. The conditions favouring detection are studied, as well as certain aspects of ion trapping such as radio-frequency heating.
Une nouvelle application pour un ensemble d’ions piégés refroidis par laser est proposée pour la détection non-destructive de molécules géantes. Dans cette application, un ion moléculaire est injecté dans un ensemble d’ions Ca+. Le signal de détection est attendu dans la fluorescence de l’ensemble d’ions susceptible de varier après la perturbation induite par la molécule. Dans ce manuscrit, les éléments nécessaires à la conception, la réalisation et le maniement d’un prototype sont présentés, ainsi que les résultats expérimentaux et numériques permettant de valider le concept et d’étudier les conditions de fonctionnement. La thèse est organisée en trois parties. La première partie présente les aspects fondamentaux du piégeage des ions et de leur refroidissement par laser, en mettant l’accent sur le cas non-adiabatique et le comportement de plusieurs ions. Les principes et résultats expérimentaux sont également exposés. La deuxième partie traite des aspects fondamentaux et expérimentaux de la source moléculaire d’ionisation par électrospray ainsi que des éléments de guidage des particules chargées qui lui sont rattachés. Cette partie est l’occasion de faire le point sur les avancées récentes dans des systèmes similaires. La troisième partie présente les simulations de dynamique moléculaire réalisées afin de reproduire numériquement l’interaction ainsi que d’étudier le comportement des ions piégés. Grâce aux simulations, nous mettons en évidence les rôles clés de l’interaction coulombienne combinée au chauffage radiofréquence dans le mécanisme de déstabilisation du nuage conduisant à la détection. Les conditions favorisant la détection sont étudiées, ainsi que certains aspects du piégeage des ions comme le chauffage par radiofréquence.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03777502 , version 1 (14-09-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03777502 , version 1

Citer

Adrien Poindron. Detection of a giant molecule with a trapped ion cloud. Quantum Physics [quant-ph]. Aix-Marseille Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022AIXM0087⟩. ⟨tel-03777502⟩

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