Sympathetische Kühlung und Spektroskopie von Molekülionen in einer Paulfalle

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Ziel des Projekts ist die Speicherung von molekularen Ionen im Ultrahochvakuum, ihre Kühlung auf Translationstemperaturen im mK-Bereich und ihre Einbettung in eine kristallartige Struktur aus atomaren Ionen. Motivation hierfür ist, dass Moleküle in diesem Zustand vielfältige Möglichkeiten zur hoch- und höchstauflösenden Spektroskopie bieten, und zwar in einem Regime, das bisher noch nicht zugänglich gewesen ist: die Molekülionen sind weitgehend isoliert, die Beobachtungszeit ist aufgrund der Speicherung praktisch unbeschränkt, die Dopplerverbreitung ist sehr gering, Durchflugs- und Druckverbreiterung verschwinden. Zudem ist die Methode sehr allgemein, denn sie ist sowohl für leichte und kleine als auch für sehr große komplexe Moleküle einsetzbar. Es eröffnen sich Anwendungen wie Präzisionsspektroskopie, molekulare Frequenznormale, Charakterisierung molekularer Strukturen, Studium der inneren Dynamik von Molekülen sowie hochgradig selektiver und empfindlicher Nachweis für analytische Zwecke.Die Kühlung der Translationsbewegung soll durch Coulombwechselwirkung mit lasergekühlten atomaren Ionen ("sympathetische Kühlung") in einer linearen Quadrupol-Falle erreicht werden. Die Leistungsfähigkeit dieser Methode soll bestimmt werden, insbesondere die Anzahl sowie die Translations- und die Rotationstemperatur der sympathetisch gekühlten Molekülionen. Die hochauflösende Infrarot-Spektroskopie soll dabei als Analysemethode eingesetzt werden. Als Modellsystem für diese Untersuchungen soll die zweiatomige Spezies HD+ dienen, die von Bedeutung für Tests der molekularen Quantenmechanik ist.