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Particle dynamics in damped nonlinear quadrupole ion traps

机译：阻尼非线性四极离子阱中的粒子动力学

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We examine the motions of particles in quadrupole ion traps as a function of damping and trapping forces, including cases where nonlinear damping or nonlinearities in the electric field geometry play significant roles. In the absence of nonlinearities, particles are either damped to the trap center or ejected, while their addition brings about a rich spectrum of stable closed particle trajectories. In three-dimensional (3D) quadrupole traps, the extended orbits are typically confined to the trap axis, and for this case we present a 1D analysis of the relevant equation of motion. We follow this with an analysis of 2D quadrupole traps that frequently show diamond-shaped closed orbits. For both the 1D and 2D cases, we present experimental observations of the calculated trajectories in microparticle ion traps. We also report the discovery of a new collective behavior in damped 2D microparticle ion traps, where particles spontaneously assemble into a remarkable knot of overlapping, corotating diamond orbits, self-stabilized by air currents arising from the particle motion. (C) 2015 American Association of Physics Teachers.
机译：我们研究了四极离子阱中粒子的运动与阻尼力和捕获力的关系，其中包括电场几何中的非线性阻尼或非线性起重要作用的情况。在没有非线性的情况下，粒子要么被衰减到捕集阱中心要么被弹出，而它们的加入带来了丰富的稳定闭合粒子轨迹谱。在三维（3D）四极陷阱中，扩展轨道通常限于陷阱轴，在这种情况下，我们将对相关运动方程进行一维分析。在此之后，我们对二维四极陷阱进行了分析，这些陷阱经常显示出菱形的闭合轨道。对于一维和二维情况，我们都提供了在微粒离子阱中计算轨迹的实验观察结果。我们还报告了在阻尼2D微粒离子阱中发现新的集体行为的发现，在该二维离子阱中，粒子自发地组装成一个重叠的，同向旋转的钻石轨道的显着结，并由粒子运动产生的气流自稳定。 （C）2015年美国物理教师协会。

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