悬浮带电纳米粒子的收集、表征与精密测量

我们描述了用于在高真空中限制于离子阱内的悬浮纳米尺度粒子的高稳定性精密测量的仪器和实验程序。我们讨论了使用电喷雾发射产生和收集粒子的方法，通过热运动的直接成像进行快速表征的方法，以及将粒子从收集阱转移到单独的分析阱中以实现更好真空度和更低噪声的方法。在高真空的分析阱中（压强 $p\simeq10^{-8}$ Torr），我们采用恒温控制被俘获粒子振荡幅度的方法，允许对振荡频率进行长期精密测量，由此可以推导出荷质比（$Q/M$）。在这些条件下，我们实现了接近 $10^{-5}$ 的 $Q/M$ 测量精度。例如，这种灵敏度将使得在超高真空环境中对 $\mu$m 尺度悬浮材料的表面化学进行研究成为可能。