金字塔形库仑团簇中对称性控制的热激活：检验 Kramers-Langer 理论

电磁阱中激光冷却的离子提供了一个独特的、可调的介观系统，其中捕获势、非线性库仑相互作用和激光-离子散射的相互作用产生了丰富的集体动力学。在这项工作中，我们设计了在 Paul 阱中五个激光冷却离子的两个方向相反的方锥形构型之间的热激活切换。对于相同离子($^{40}\mathrm{Ca}^{+}$)，反转通过一种具有低激活势垒的 Berry 赝转动机制进行，这是由置换对称性实现的，与在氨中观察到的伞形反转形成对比。实验测量的反转速率跨越两个数量级，被多维 Kramers-Langer 理论精确捕捉，从而实现了对多普勒冷却离子团簇在 $1.8 \pm 0.1$ mK 下的测温。通过用较重的同位素($^{44}\mathrm{Ca}^{+}$)替换顶角离子，我们打破了置换对称性，并观察到热激活反转受到抑制。数值分析表明，这种对称性破缺关闭了低势垒通道，迫使系统通过高势垒的转门旋转进行反转。因此，我们展示了一个分子动力学同位素效应的结构类似物，确立了捕获离子作为探索对称性控制的集体动力学的多功能平台。