English Title: Laser manipulation of rotationally cooled molecular ions in a novel cryogenic Paul trap

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Abstract

Eine neue kryogene lineare Paul-Falle für atomare, molekulare und hochgeladene Ionen wurde am MPIK entworfen und aufgebaut. Durch Experimente mit lasergekühlten Mg+-Ionen im mK-Bereich sowie mit sympathetisch gekühlten MgH+-Molekülionen wurde ein hervorragendes Vakuum sowie ein stark reduzierter Einfluss der Schwarzkörperstrahlung im Fallenzentrum demonstriert. Messungen zeigten, dass sich ein Anteil der MgH+-Ionen von mehr als 90% in den drei niedrigsten Rotationszuständen befindet. Durch Laseranregung gelang es, den Hauptteil der Ionen in den absoluten rovibronischen Grundzustand zu transferieren. Die Übergangsraten zwischen den vier niedrigsten Rotationsniveaus im Grundzustand des MgH+-Ions wurden bestimmt, sowie zum ersten Mal die Zerfallskonstante eines deterministisch präparierten rovibronischen Zustands ermittelt. Für den radiativen Zerfall des |nu=1;J=1>-Zustands in den Grundzustand wurde eine Zerfallsrate von Gamma=(7,02 +/- 1,26)Hz ermittelt.

Translation of abstract (English)

A new cryogenic linear Paul trap for atomic, molecular and highly charged ions was designed and constructed at MPIK. Experiments with laser-cooled Mg+ ions in the mK-regime and with sympathetically cooled MgH+ molecular ions provided evidence for an excellent vacuum as well as a strongly reduced influence of the black body radiation at the trap center. Measurements proved that more than 90% of the population of the MgH+ ions can be found in the lowest three rotational states. By laser excitation it was possible to transfer the main part of the ions into the absolute ground state. The population transfer rates for the lowest four rotational states were investigated, additionally to measuring for the first time the decay constant of a deterministically prepared rovibronic state of the MgH+ ion. A decay constant gamma=(7,02 +/- 1,26)Hz was determined for the radiative decay of the |nu=1;J=1> state to the ground state.