Analysis of Short-Term Stability of Miniature 171Yb+ Buffer Gas Cooled Trapped Ion Clock
我们证明了在短期稳定性的改善了10倍以上的上一代微型缓冲气体冷却捕获离子时钟。我们描述了增强检测SNR，使这种改进，时钟操作的方法，和时钟短期稳定性的测量。此外，我们数值研究的迪克效应在我们的脉冲离子钟的大小。
2018-02-13 physics.atom-ph
Measurement of the $7p\,\, ^2\!P_{3/2}$ state branching fractions in $\mathrm{Ra}^+$
我们报道了镭离子$7p\,\, ^2\!P_{3/2}$态分支分数的测量和改进的理论计算。对于单个激光冷却的$^{226}\mathrm{Ra}^+$离子，我们测量到$7s\,\,^2\!S_{1/2}$基态的$P_{3/2}$分支分数为0.87678（20），$6d\,\,^2\!D_{5/2}$态为0.10759（10），以及$6d$ ${}^{2}D_{3/2}$态为0.01563（21）。
2021-01-28 physics.atom-ph
Frequency ratio of an $^{115}$In$^+$ ion clock and a $^{87}$Sr optical lattice clock
报道了$^{115}$ In+单离子钟和$^{87}$ Sr光晶格钟的第一频率比测量。氢脉泽作为参考振荡器，通过独立的光梳测量该比值。在超过90 000秒的测量时间内，频率比$f_{\rm{In^+}}/f_{\rm{Sr}}$被确定为2.952 748 749 874 863 4（21），相对不确定度为$7.0 \times 10^{-16}$。该测量在光学时钟的频率比网络中创建了一个新的连接。
2020-10-30 physics.atom-ph
Direct laser cooling Al+ ions optical clocks
Al $^+$离子光钟由于其极小的黑体辐射漂移而成为一种很有前途的光频标候选者。它已经成功地证明了间接冷却，量子逻辑为基础的光谱技术。它的精度受到二阶多普勒频移的限制，其稳定性受到量子逻辑处理中可以探测的离子数量的限制。本文提出了一种Al $^+$离子光钟的直接激光冷却方案，大大提高了光钟的稳定性和准确度。在所提出的方案中，利用两个Al $^+$离子阱。第一个陷阱用于捕获大量Al $^+$离子以提高时钟激光器的稳定性，而第二个陷阱用于捕获单个Al $^+$离子以提供最终的精度。两个陷阱都用连续波167 nm激光冷却。预期的时钟激光器稳定度可以达到$9.0\times10^{-17}/\sqrtτ$。对于第二个陷阱，除了167 nm激光多普勒冷却，第二级脉冲234 nm双光子冷却激光器被用来进一步提高时钟激光的精度。总的系统不确定度可以减少到大约$1\times10^{-18}$。所提出的Al $^+$离子光钟有可能成为最精确和最稳定的光钟。
2016-09-13 physics.atom-ph
Optical clock sensitive to variation of the fine structure constant based on the Ho$^{14+}$ ion
我们研究了Ho $^{14+}$离子作为一个候选人，非常准确和稳定的光学原子钟，这是敏感的精细结构常数的时间变化。我们证明了该系统具有所有期望的功能，包括相对较强的光电偶极和磁偶极跃迁，可用于冷却和检测。时钟跃迁中相关状态的零四极矩允许询问多个离子以提高时钟稳定性。
2014-11-04 physics.atom-ph
A Single-Ion Nuclear Clock for Metrology at the 19th Decimal Place
单个229 Th ~（3+）离子中7.6（5）eV的核磁偶极跃迁可能为高精度的光学时钟提供基础。提出了一种由核基态和同质异能态的5 F5/2电子基态中的拉伸态组成的虚钟跃迁。该器件具有前所未有的系统移位抑制能力，时钟性能的总小数误差接近1 x 10^-19。
2011-10-11 physics.atom-ph
Measurement of the Ra$^+$ $7p$ $^{2}P_{3/2}$ state lifetime
本文测量了镭离子$7p$ ${}^{2}P_{3/2}$态的寿命为4.78(3) ns，结果与理论计算相符，将用于确定窄线宽光钟跃迁的微分标量极化率。
2024-02-15 physics.atom-ph
Single-ion, transportable optical atomic clocks
在过去的15年里，在激光稳定、光学频率梳和原子冷却与囚禁等领域取得了巨大的进展，使得光学原子钟具有无与伦比的性能。这些仪器可以进行频率比较，分数不确定度远低于$10^{-17}$，发现在基础物理测试，相对论大地测量，时间和频率计量的应用。尽管目前大多数光学钟都是实验室设置，但已经发表了几种将这些钟用于现场测量或在光学钟网络中使用的建议，并且大多数时间和频率计量机构已经开始开发可移动的光学钟。为了这个特殊的问题，我们选择集中在捕获离子光学时钟。尽管它们的短期分数频率稳定性因较低的信噪比而受损，但它们提供了很高的紧凑性潜力：捕获的离子需要低的光功率和简单的加载方案，并且可以被捕获在小的真空室中。我们回顾了时钟关键部件的最新进展，包括离子阱和超稳定光学腔，以及现有的项目和实验，描绘了未来可移动的单离子光学时钟可能类似的画面。
2018-04-06 physics.atom-ph
Optical clocks based on the Cf$^{15+}$ and Cf$^{17+}$ ions
近年来，高电荷态离子（HCI）的冷却、俘获和量子逻辑光谱学的实验进展使得HCI可用于高分辨率光谱学和精密基础研究。基于这些成果，我们探索了利用Cf $^{15+}$和Cf $^{17+}$离子的基态和低激发态之间的跃迁来开发光钟的可能性。使用高精度的相对论计算方法，我们预测了时钟跃迁的波长，计算了相关的原子性质，并分析了一些影响光学时钟精度和稳定性的系统效应（如电四极、微动和二次塞曼位移）。我们还计算了磁偶极超精细结构常数的时钟态和黑体辐射位移的时钟跃迁。
2020-04-13 physics.atom-ph
High-accuracy optical clocks based on group 16-like highly charged ions
我们确定激光可访问的过渡组16样高电荷离子作为候选人的高精度光学时钟，包括S-，Se-和Te-样系统。对于这类离子，地面$^{3}P_{J}$精细结构流形表现出不规则的（非单调的$J$）能量有序足够大的电离度。我们考虑了$|^3P_2\rangle \longleftrightarrow |^3P_0\rangle$（基态到第一激发态）的电四极跃迁，对几个原子的性质进行了相对论多体计算，这些性质对光学时钟的发展很重要。所讨论的所有离子都适合于在小规模离子源中生产，并且适合于用单电荷离子进行交感冷却和量子逻辑读出。
2022-09-18 physics.atom-ph
Highly charged ions for atomic clocks and search for variation of the fine structure constant
我们回顾了一些具有光学跃迁的高电荷态离子，这些离子适合于建立极其精确的原子钟。这包括从Hf $^{12+}$到U $^{34+}$的离子，它们具有价电子的$4f^{12}$配置，Ir $^{17+}$离子，它在几乎填满的$4f$子壳层中有一个洞，Ho $^{14+}$、Cf $^{15+}$、Es $^{17+}$和Es $^{16+}$离子。这些离子中的大多数的时钟跃迁对精细结构常数$α$（$α= e^2/\hbar c$）的变化敏感。例如，在一个示例中，钙离子和离子对$α$ -变化具有最大的已知灵敏度，而钬离子看起来是最适合用于实验研究的离子。我们研究了离子的光谱及其作为频率标准使用的相关功能。
2015-02-04 physics.atom-ph
The collisional frequency shift of a trapped-ion optical clock
在光学原子钟中，与背景气体的碰撞会干扰被俘获离子的跃迁频率。我们开发了一个非微扰框架的散射过程的量子信道描述的基础上，并使用它来推导出一个主方程，导致一个简单的解析表达式的碰撞频移。作为我们方法的一个演示，我们计算了Sr $^+$光学原子钟跃迁由于与氦原子的弹性碰撞而引起的频移。
2017-08-31 physics.atom-ph
Frequency measurement of the clock transition of an indium ion sympathetically-cooled in a linear trap
我们报告的时钟跃迁的频率测量在115 In+离子与Ca+离子在线性射频陷阱的同情冷却。Ca+离子被用作外部电磁场的探针，并用作制备冷In+的冷却剂。通过使用参照位于同一地点的频率标准的光学频率梳对36个测量值进行平均，确定频率为1 267 402 452 901 049.9（6.9）Hz。
2017-05-02 physics.atom-ph
Prospects of a Pb$^{2+}$ ion clock
提出了一种基于双电离态铅基态与第一激发态之间1.81PHz跃迁的高性能原子钟。利用铅的偶数同位素，两个时钟状态都具有$I=J=F=0$，其中$I$、$J$和$F$分别是指定核子、电子和总角动量的常规量子数。时钟状态是非简并的，完全免疫的非标量扰动，包括一阶塞曼和电四极移。此外，所提出的时钟是相对不易受其他频移（黑体辐射，二阶塞曼，多普勒），适应“魔术”射频捕获，并对退相干机制，否则可能会限制时钟稳定性是强大的。通过将跃迁驱动为双光子$E1$ + $M1$过程，伴随的探针斯塔克位移对于实际拉比频率是可感知的但可管理的。
2021-07-07 physics.atom-ph
Broadband, unpolarized repumping and clearout light sources for Sr$^+$ single-ion clocks
未来的便携式光学钟需要紧凑可靠的光源。在这里，宽带，非偏振再泵浦和状态清除源的Sr+单离子光学时钟的报告。这些交钥匙设备不需要频率稳定或外部调制器。它们是基于纤维的，便宜的，紧凑的。时钟操作的关键特性，包括光谱，诱导光位移和所需的消光比。使用操作单离子标准品进行的测试显示清除效率为100%。与基于激光的再泵浦器相比，离子检测可实现的荧光率低几十个百分点。得到的离子动力学温度为1- 1.5mK，接近离子系统的多普勒极限。使用半导体增益介质可以为Ca+（866 nm）和Ba+（650 nm）制作类似的再泵浦光源。
2015-04-17 physics.atom-ph
Ion optical clocks with three electronic states
针对光钟支撑激光系统复杂且需频繁维护的问题，提出利用$S_{1/2}\ ightarrow D_{3/2}$电四极跃迁的类碱离子光钟，减少所需激光波长并借助核自旋实现超精细态制备与读出，以$^{225}$Ra$^{+}$为候选系统助力实现可搬运光钟。
2023-05-23 physics.atom-ph
Hyperfine-mediated electric quadrupole shifts in Al$^+$ and In$^+$ ion clocks
我们评估了$^{27}$ Al $^+$和$^{115}$ In $^+$的${^1}\!S_0$和${^3}\!P_0$时钟状态的电四极矩。为了捕获所有的主要贡献，我们的分析延伸到三阶微扰理论，包括超精细耦合的电子的磁偶极子和电四极矩的核。对于$^{27}$ Al $^+$，偶然的抵消导致抑制的频移。这应该允许在没有特殊技术来控制或消除偏移的情况下持续改进时钟，例如对其他光学离子时钟至关重要的平均方案。
2017-01-31 physics.atom-ph
Entanglement-enhanced optical ion clock
本研究制备纠缠态⁴⁰Ca⁺离子光学钟，通过一阶磁场不敏感纠缠态延长相干时间、缩短探测周期，实验验证其频率不稳定性优于经典关联态及无关联离子的量子投影噪声极限，创⁴⁰Ca⁺离子钟不稳定性新低。
2025-06-13 physics.atom-ph
Thorium-229 in its Highest Charge States: Single-Ion Nuclear Clocks for Tests of Fundamental Interactions
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（GSI亥姆霍兹重离子研究中心）；Helmholtz-Institut Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；Institut für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学光学与量子电子学研究所）；Abbe Center of Photonics（阿贝光子学中心）；Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射所DESY）；Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-PSL Research University, Collège de France（索邦大学卡斯勒-布罗塞尔实验室，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-PSL研究大学，法兰西学院）；Institut für Kernphysik, Universität zu Köln（科隆大学核物理研究所）
本研究探讨高电荷态钍-229单离子核钟的实现，提出类氢钍-229^89+与全电离钍-229^90+两类方案，利用量子逻辑光谱学评估可行性，可用于检验基本相互作用。
2026-08-11 physics.atom-ph
A high-precision rf trap with minimized micromotion for an In+ multiple-ion clock
我们提出了一个实验来表征我们的新的线性离子阱设计的多离子光学时钟的操作使用115-In^+作为时钟离子。为了表征陷阱以及时钟离子的共振冷却，我们使用172-Yb^+。陷阱设计已来自有限元法（FEM）计算和第一个原型的基础上玻璃增强热固性层压板建成。本文详细介绍了陷阱的制作工艺和微动测量。多余的微动测量使用光子相关光谱的分辨率为1.1nm的运动幅度，并在这个陷阱中的剩余轴向射频场进行了比较，有限元计算。用这种方法，我们证明了系统的时钟偏移由于过度微动的敏感性，|（Δ v/v）|= 8.5x10^-20。基于对阱轴向射频场的测量，我们估计每个阱段可以存储12个离子，并将其用作光学频率标准，由于微动，其分数不准确度为\leq 1 × 10 ^-18。
2012-06-22 physics.atom-ph
Direct temperature determination of a sympathetically cooled large 113Cd+ ion crystal for a microwave clock
本文报道了在线性Paul阱中用激光冷却~（24）Mg ~+直接测量共振冷却~（113）Cd ~+的温度。共振冷却的离子物种分布在大的合奏，其中包含高达3.3E5的离子的外壳。在优化的实验参数下，共振冷却的~（113）Cd ~+离子的最低温度可达几十mK。这些结果表明微波原子钟具有良好的性能。二阶多普勒频移降低了两个数量级，抑制了Dick效应。
2019-07-18 physics.atom-ph
Analysis of collision shift assessments in ion-based clocks
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文分析了离子钟中碰撞位移的评估，通过经典和量子描述提出了一种简单界限，适用于任何单离子钟，无需复杂模拟。
2026-07-24 physics.atom-ph
Quadruply Ionized Barium as a Candidate for a High-Accuracy Optical Clock
我们确定Ba $^{4+}$（Te类）作为一个有前途的候选人的高精度光学时钟。最低电子态是具有反常能量有序的$^3P_J$精细结构流形的一部分，在$J$中是非单调的。我们提出了一个时钟的基础上的338.8太赫兹电四极跃迁之间的地面（$^3P_2$）和第一激发（$^3P_0$）的电子状态。我们进行相对论多体计算，以确定该离子的相关属性。的激发时钟状态的寿命被发现是几秒钟，容纳低的统计不确定性与一个实际的平均时间的单个离子。差分静态标量极化率被发现是小的和负的，提供抑制的灵敏度黑体辐射，同时允许取消斯塔克和多余的微动移位。除Hg $^+$和Yb $^+$外，对精细结构常数变化的敏感性比迄今为止证明的其他光学时钟更大。
2020-10-23 physics.atom-ph
Selective highly charged ions as the prospective optical clock candidates with quality factors larger than $10^{15}$
我们在这里提出了几个选择性的高电荷离子（HCIs），即镍$^{12+}$和铜$^{13+}$，钯$^{12+}$和银$^{13+}$，不仅承诺是非常高精度的光学时钟低于$10^{-19}$的不确定性，但也提供大于$10^{15}$的品质因数，但具有简单的原子结构的实验装置。此外，这些离子具有较强的光学磁偶极（M1）跃迁比以前提出的HCI时钟。它们可用于冷却和检测技术。为了证明低于$10^{-19}$水平的投影分数不确定性，我们已经估计了由于许多传统的系统学表现在原子钟实验中，如塞曼，斯塔克，黑体辐射，和电四极移，通过执行相关的原子性质的计算的典型数量级。
2018-01-28 physics.atom-ph
Highly charged Nd$^{9+}$ Ion: A potential candidate of $\upmu$Hz linewidth optical clocks for probing fundamental physics
首次提出了一种基于高电荷态Nd $^{9+}$离子的有源光钟。该时钟可以在$\upmu$ Hz水平提供超窄线宽，其比当前记录的激光线宽低两个数量级以上。工作在$5p^2~4f$基态和其中一个长寿命$5p~4f^2$激发态之间的605（90）nm超辐射激光跃迁处，所提出的有源时钟固有地不受腔噪声的影响，从而提供高稳定性。该时钟作为灵敏探针，对精细结构常数的变化具有高灵敏度，精度低于10 $^{-19}$水平。先进的相对论多体方法被用来预测相关的原子性质，证实了上述发现。
2021-07-22 physics.atom-ph
A transportable 40Ca+ single-ion clock with $7.7\times 10^{-17}$ systematic uncertainty
利用小型Paul阱中单个$^{40}Ca^+$在729 nm处的$4s^2S_{1/2}-3d^2D_{5/2}$电四极跃迁，研制了一种可移动的光钟. $^{40}Ca^+$光学时钟的物理系统从庞大而复杂的设置重新设计为两个子系统的集成：包括离子捕获和检测模块的紧凑的单离子单元，以及包括激光源、光束分配器和频率参考模块的紧凑的激光单元。除了电子设备外，整个设备的体积为0.54 $m^3$。系统分数不确定度为$7.7\times 10^{-17}$，Allan偏差为$2.3\times {10}^{-14}/\sqrtτ$。
2016-07-13 physics.atom-ph
Operating a multi-ion clock with dynamical decoupling
本文提出准连续动力学解耦方案，有效抑制多离子光钟中的电四极偏移和线性塞曼偏移，在7个$^{88}$Sr$^+$离子链上实现超过三个数量级的偏移抑制，为兼顾高稳定度与高准确度的多离子光钟提供了可行路径。
2024-08-09 physics.atom-ph
Highly charged ions: optical clocks and applications in fundamental physics
频率计量学和光学钟的最新发展是以原子和单电荷离子的电子跃迁为参考的。这些系统使得相对频率的不确定性在$10^{-18}$的几个部分的水平。这一成就不仅允许极其精确的时间和频率测量，而且还可以探索我们对基本物理的理解，例如基本常数的变化，局部洛伦兹不变性的破坏，以及物理学标准模型之外的力。此外，新型时钟正在推动复杂技术应用的发展。时钟在基础物理中的应用的关键是对标准模型和爱因斯坦相对论之外的效应的高灵敏度以及时钟的小频率不确定性。高电荷离子提供了两者。它们被认为是高精度的时钟，因为它们具有光学跃迁，与当前的原子钟种类相比，光学跃迁可以非常窄并且对外部扰动不敏感。选择不同电荷状态的高电荷离子提供了窄的跃迁，这些跃迁是对精细结构常数和电子与质子质量比以及其他新物理效应的变化最敏感的跃迁之一。在捕获和交感冷却高电荷离子的最新进展将在未来实现高精度的光学光谱。在计算选定的高电荷离子的属性的进展，允许系统的位移和预测的敏感性的“新物理”的影响进行评估。本文综述了该领域的理论和实验研究现状。
2018-03-17 physics.atom-ph
A high-stability optical clock based on a continuously ground-state cooled Al$^+$ ion without compromising its accuracy
本研究提出利用电磁感应透明协同冷却Al离子光钟，抑制询问期间离子加热，实现长时间探测且保持$10^{-19}$量级不确定度，提升时钟稳定性。
2025-09-26 physics.atom-ph
Hf$^{12+}$ ion: Highly Charged Ion for Next-Generation Atomic Clocks and Tests of Fundamental Physics
本文通过先进计算技术研究Hf$^{12+}$离子的电子结构，发现其两条钟跃迁具有低外部敏感性和高精细结构常数变化敏感性，且频移极小，是高精度原子钟和基础物理检验的极具前景候选者。
2025-11-01 physics.atom-ph
Nuclear clock based on the Th V ion
本研究提出基于Th V离子的核钟方案，其闭壳层结构可抑制电子相关频移，计算了相关能量偏移、能级等参数并测定多种钍形态的核跃迁频率，为高精度核钟研发提供支撑。
2025-05-26 physics.atom-ph
Prospects of a thousand-ion Sn$^{2+}$ Coulomb-crystal clock with sub-$10^{-19}$ inaccuracy
提出基于约千个 Sn$^{2+}$ 离子三维库仑晶体的光原子钟，利用其零角动量钟跃迁免疫非标量扰动及负微分极化率抵消主导频移，理论估计可实现低于 10^{-19} 的不准确度。
2024-03-27 physics.atom-ph
Direct comparison of multi-ion optical clocks based on $^{40}$Ca$^+$ and $^{88}$Sr$^+$
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
基于Ca和Sr离子的多离子光学钟首次直接比较，提升了频率稳定性并精确定位绝对频率。
2026-02-05 physics.atom-ph
Higher-component quadrupole polarizabilities: Estimations for the clock states of the alkaline earth-metal ions
推导了四极极化率的较高张量分量，并估计了Ca $^+$、Sr $^+$和Ba $^+$碱土金属离子的亚稳态值。我们也给出了这些离子的基态和亚稳态的标量四极极化率，并与已有的理论和实验结果进行了比较。我们的计算与以前的标量四极极化率值之间的合理良好的协议证明了他们的正确性。标量和张量四极极化率的报告可能是非常有用的，以估计由于在上述碱土金属离子的时钟频率的电场梯度的不确定性时，这些频率测量的精度达到低于10 $^{-19}$精度水平。
2018-06-21 physics.atom-ph
Highly Charged Ion (HCI) Clocks: Frontier candidates for testing variation of fine-structure constant
人们试图将引力与其他三种基本自然力统一起来。正如高维模型所建议的那样，这种统一可能需要一些无量纲基本常数的空间和时间变化。在这种情况下，探测电磁精细结构常数（$α= \frac{e^2} {\hbar c}$）在宇宙学时间尺度的低能制度的时间变化是巨大的兴趣。原子钟是探测$α$变化的理想候选者，因为它们的跃迁频率被测量到超高精度。由于原子跃迁频率是$α$的函数，因此在不同时间和空间位置处的时钟频率的测量可以产生确定这种推测的签名。高电荷态离子（HCI）中的电子经历异常增强的相对论效应。因此，与它们的等电子中性或单电荷原子系统相比，在这些离子中经常可以观察到能级交叉。这种过程的特征是原子跃迁的相对论敏感系数（$q$）更大。为了明确地检测由于$α$变化引起的跃迁频率的细微变化，考虑$q$值巨大的跃迁将是明智的。HCI被认为是制造原子钟的最合适的候选者之一，因为它们对外部电磁场的敏感性最低，这是由于它们的轨道异常收缩。第一个HCI时钟已经实现，但其精度远低于基于中性原子和单电荷离子的计数器光学时钟。HCI时钟的实现可以为基础物理的研究增加一个额外的维度。在这项工作中，我们调查的HCI适合时钟候选人的理由，一般功能，包括其潜在的探测时间变化的$α$。
2023-02-14 physics.atom-ph
Linear Paul trap design for an optical clock with Coulomb crystals
我们报告了一个分段的线性保罗陷阱的光学时钟应用程序使用捕获离子库仑晶体的设计。为了提高光学钟的短期稳定性和分数频率不确定度为10^-18，我们提出了172 Yb+共振冷却115 In+离子。我们讨论了这样的频率标准的系统频率偏移。特别是，我们阐述了高精度计算的离子阱的射频电场的有限元方法。通过这些计算，我们找到了一种可扩展的设计方案，在该方案中，离子的过度微动最小，相应的二阶多普勒频移对频率标准的相对不确定度的贡献小于10^-18。
2011-09-28 physics.atom-ph
Ion clock and search for the variation of the fine structure constant using optical transitions in Nd$^{13+}$ and Sm$^{15+}$
我们研究了Nd $^{13+}$和Sm $^{15+}$的超窄$5s_{1/2}$ - $4f_{5/2}$跃迁，并证明它们位于光学区。这种跃迁对外部扰动不敏感。同时，它们对精细结构常数$α$的变化很敏感。跃迁频率的分数精度可以小于$10^{-19}$，这可以为具有极好精度的原子钟提供基础。每年对$α$变化的敏感性接近$10^{-20}$。
2012-08-21 physics.atom-ph
Sympathetic cooling of $^{113}$Cd$^+$ by laser-cooled $^{40}$Ca$^+$ in a linear Paul trap for Microwave Ion Clocks
本文报道了在线性Paul阱中用激光冷却$^{40}$ Ca $^+$对$^{113}$ Cd $^+$的共振冷却。实现了$^{113}$ Cd $^+$离子的长期低温约束。这些离子的温度测量在$90(10)$ mK，和相应的不确定性所产生的二阶多普勒频移估计为$2\times10^{-17}$的水平。高达$4.2\times10^5$ Cd $^+$离子被限制在阱中，并且测量的限制时间常数为84小时。在约束三小时后，仍然存在$10^5$ Cd $^+$离子，表明这种Ca $^+$ -Cd $^+$双离子体系是令人惊讶的稳定。交流斯塔克位移由钙$^+$激光和荧光诱导，其使用高精度\textit{ab initio}方法小心地估计到$5.4(0.5)\times10^{-17}$的精度。由于死区时间较短，还推导出了Dick-effect限制的Allan偏差。这些结果表明，微波钟的基础上，这种同情冷却计划持有承诺，在提供超高的频率精度和稳定性。
2020-02-12 physics.atom-ph
Estimation of BBR shift due to Stark effect for the Microwave $^{113}$Cd$^{+}$ Ion Clock
在$^+$ $^{113}$ Cd离子中的$|5s~^2S_{1/2}, F=0,m_F=0 \rangle \leftrightarrow |5s~^2S_{1/2}, F=1,m_F=0 \rangle$跃迁的微波时钟频率已被报道为15199862855.0192（10）Hz [Opt. Lett. { \bf 40}，4249（2015）]。分数系统由于黑体辐射（BBR）的位移（$β$）所产生的斯塔克效应在上述时钟过渡被用作$-1.1 \times 10^{-16}$从我们的未发表的初步估计。我们在这里提出了一个精确的值为$β=-1.815(77) \times 10^{-16}$通过进行严格的计算与时钟过渡的超精细水平的三阶极化率。这是通过评估矩阵元素的磁偶极子超精细相互作用的哈密顿量，电偶极子运营商和许多低-躺态的$^{113}$镉$^+$之间的能量。在Fock空间耦合团簇和相对论多组态Dirac-Fock方法的框架下，我们采用全阶相对论多体理论。
2017-09-11 physics.atom-ph
An extrapolation method for polarizability assessments of ion-based optical clocks
本文提出一种无需特定建模函数、可融合先验原子结构计算的数值外推方法，用于将极化率测量外推至直流情形，以评估离子光钟的黑体辐射频移，并通过Al$^+$、Lu$^+$和Yb$^+$数据验证其有效性。
2024-09-02 physics.atom-ph
Optical frequency ratio of a ${}^{171}\mathrm{Yb}^+$ single-ion clock and a ${}^{87}\mathrm{Sr}$ lattice clock
我们报告直接测量的频率比的642太赫兹${}^2S_{1/2} (F=0)$ - ${}^2F_{7/2} (F=3)$电八极跃迁的${}^{171}\mathrm{Yb}^+$和429太赫兹${}^1S_0$ -${}^3P_0$过渡的${}^{87}\mathrm{Sr}$。在2012年12月至2019年10月期间，在Physikalisch-Technische Bundesanstalt进行了一系列107次测量。该比值的长期变化大于少数$10^{-17}$的个体测量不确定性的预期。这些变化的原因仍然未知。即使考虑到这些，我们发现一个分数的不确定性的频率比的$2.5 \times 10^{-17}$，这提高了以前的知识由一个数量级。平均频率比为$ν_{\mathrm{Yb}^+} / ν_{\mathrm{Sr}} = 1.495\,991\,618\,544\,900\,537(38)$。这是迄今为止两种不同原子种类之间最精确的测量之一。
2020-09-11 physics.atom-ph
Measurements of electric quadrupole transition frequencies in $^{226}$Ra$^{+}$
我们报道了Ra $^{+}$的$7s\ ^2S_{1/2}\rightarrow 6d\ ^2D_{3/2}$和$7s\ ^2S_{1/2}\rightarrow 6d\ ^2D_{5/2}$电四极（E2）跃迁的第一次驱动.我们测量了两个E2跃迁的频率，以及$^{226}$ Ra $^{+}$中对控制镭离子的运动和内部状态很重要的另外两个低位跃迁：$6d\ ^2D_{3/2}\rightarrow 7p\ ^2P_{3/2}^{0}$和$6d\ ^2D_{5/2}\rightarrow 7p\ ^2P_{3/2}^{0}$。
2020-01-01 physics.atom-ph
Development and Characterization of a 171Yb+ Miniature Ion Trap Frequency Standard
本论文研究了一种基于171 Yb+离子的低功耗、高稳定度小型原子频标的研制。离子缓冲气体冷却，并保持在一个线性四极阱，集成到一个密封的，吸气剂抽真空封装，并询问12.6 GHz的超精细过渡。我们希望通过一个功耗仅为50 mW、体积仅为5 cm^3的微型时钟，实现10^-14的长期小数频率稳定度。我讨论了我们在这个项目上几年的工作进展。我们首先建立一个传统的桌面时钟作为一个测试台，同时开发几种设计的微型离子阱真空封装，同时还开发技术的时钟操作的各个方面，包括离子加载，激光和磁场稳定，和低功耗离子阱驱动器。使用边界元软件对离子阱进行建模，以辅助新阱几何形状的设计和参数优化。我们期待一种新的阱几何形状，使用新的材料离子阱，导致一个非常小的离子阱真空封装在下一阶段的项目。为了实现所需的长期稳定性，我们还考虑了时钟频率对磁场的敏感性。研究了阱中室温云中单个离子的运动，目的是了解空间变化和恒定磁场对时钟共振的影响，从而了解时钟的运行情况。这些影响进行了研究实验和理论上的几个陷阱。总之，本论文是一个171 Yb+离子云频率标准和相关技术的设计，开发和测试的贡献，包括阱的几何形状和参数的分析，离子运动的建模，和时钟的实际操作。
2012-08-28 physics.atom-ph
Annexing magic and tune-out wavelengths to the clock transitions of the alkaline-earth metal ions
除了我们先前在[J. Kaur et al.，A { \bf 92}，031402（R）（2015）]中描述。矢量分量对原子态动态偶极极化率（$α_d(ω)$）的贡献在评价这些$λ_{\rm{magic}}$中起着重要作用，从而有利于实验中选择激光的圆偏振。此外，这些离子中的实际时钟跃迁是在超精细能级之间进行的。估计了这些超精细跃迁的$λ_{\rm{magic}}$值，发现由于来自$α_d(ω)$的矢量和张量部分的不同贡献，这些超精细跃迁的值不同于原子跃迁的$λ_{\rm{magic}}$。重要的是，我们还提出了$λ_{\rm{magic}}$的值，仅依赖于标量分量的$α_d(ω)$为他们的使用在一个专门设计的陷阱几何这些离子，使它们可以被使用的任何超精细水平的时钟过渡的原子状态之间的明确。我们还提出了明确的$α_d(ω)$值在1064 nm的原子状态与时钟过渡，这可能是有用的创建“高场寻求”陷阱，上述离子使用Nd：YAG激光器。调谐出波长的状态将是免费的斯塔克位移也提出。这些研究所需的电偶极子矩阵元素的准确值，并在确定它们的电子相关效应的趋势也突出显示。
2017-03-27 physics.atom-ph
Systematic uncertainty due to background-gas collisions in trapped-ion optical clocks
我们描述了一个框架，用于计算由背景气体碰撞引起的捕获离子光学原子钟的频移和不确定性，并将此框架应用于$^{27}$ Al $^+$时钟，使总分数系统的不确定性低于$10^{-18}$。对于这个时钟，与38（19）nPa的室温H $_2$背景气体，我们发现，碰撞加热产生一个非热分布的运动态的平均时间膨胀移位的顺序$10^{-16}$在150 ms的探针，这是没有检测到的边带测温能量测量的结束。然而，碰撞加热的光谱信号的贡献被高度抑制，我们计算的BGC位移是$-0.6(2.4)\times 10^{-19}$，其中的移位是由于碰撞加热时间膨胀和不确定性是主要的最坏情况下的$\pm π/2$约束用于碰撞相移的$^{27}$铝$^+$叠加态。我们实验验证的框架，并确定在原位使用测量的碰撞率，导致混合物种离子对的重新排序的背景气体压力。
2019-07-23 physics.atom-ph
The Os$^{16+}$ and Ir$^{17+}$ ions as candidates for accurate optical clock sensitive to physics beyond standard model
本文计算了Os$^{16+}$和Ir$^{17+}$离子的电子结构，发现Os$^{16+}$具备可用于精确光学钟的亚稳态，这些钟对超出标准模型的新物理高度敏感，且Ir$^{17+}$的理论与实验高度吻合，验证了两者是寻找新物理的极佳候选者。
2023-10-28 physics.atom-ph
Evaluation of the systematic shifts of a ${}^{40}\textrm{Ca}^+-{}^{27}\textrm{Al}^+$ optical clock
基于量子逻辑的${}^{27}\textrm{Al}^+$光学时钟已经在几种方案中得到了证明，因为辅助离子种类有不同的选择。在本文中，我们提出了第一个详细的评估系统的移位和总的不确定度的${}^{27}\textrm{Al}^+$光学时钟的同情冷却的${}^{40}\textrm{Ca}^+$离子。估计了${}^{40}\textrm{Ca}^+ - {}^{27}\textrm{Al}^+$量子逻辑钟的总系统不确定度为$7.9 \times 10^{-18}$，它主要受二次塞曼位移的不确定度限制。通过比较两束对向传播的时钟束在同一离子上的频率，我们测量了频率稳定度为$3.7 \times 10^{-14} /\sqrtτ$。
2022-08-05 physics.atom-ph
Inverse identification of thermal-radiative parameters for reduced effective-temperature uncertainty in an ion optical clock
National Institute of Metrology（中国计量科学研究院）；Beijing Jiaotong University（北京交通大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文针对室温单离子光钟的黑体辐射频移不确定度问题，开发结合红外热成像、有限元模型与降阶代理的混合逆演框架，将离子位置有效温度不确定度降至155.0 mK，为降低BBR不确定度提供可重复途径。
2026-10-14 physics.atom-ph
A Hunt for Highly Charged Ions as Ultra-stable Optical Clock Candidates: Art of the energy level-crossing approach
本文利用能级交叉方法分析了较重高电荷离子的精细结构能级，发现部分离子适合作为超稳定光钟候选者，并评估了其探测基本常数变化及各种位移的敏感性。
2023-07-26 physics.atom-ph
Atomic clocks highly sensitive to the variation of the fine structure constant based on Hf II, Hf IV, and W VI ions
我们证明了Hf $~$ II、Hf $~$ IV和W $~$ VI离子中的几个亚稳态激发态可能是良好的时钟态，因为它们具有足够长的寿命并且对微扰不敏感。冷却E1过渡可用。本文采用相对论多体计算的几种方法，包括组态相互作用（CI），计算了Hf $~$ II、Hf $~$ IV和W $~$ VI离子的能级、Landé $g$因子、电偶极（E1）、电四极（E2）和磁偶极（M1）跃迁幅度、寿命和电四极矩。线性化耦合团簇单双理论（SD）和多体微扰理论（CI+SD），以及组态相互作用微扰理论（CIPT）。计算了基态和时钟态的标量极化率，确定了黑体辐射（BBR）位移。我们发现这些跃迁的相对BBR位移范围在10 $^{-16}$ $-$ 10 $^{-18}$之间。两个时钟跳变频率的线性组合允许进一步抑制BBR。几个$5d$ - $6s$单电子时钟跃迁确保了跃迁频率对精细结构常数$α$的变化的高灵敏度，并且可以用于搜索产生这种$α$变化的暗物质。$α$变异的增强系数达到$K=8.3$。Hf的6种稳定同位素和W的5种稳定同位素允许人们制作King图并寻找由标量粒子或其他机制介导的新相互作用。
2022-06-28 physics.atom-ph
Direct measurement of the $7s\ ^2S_{1/2}\rightarrow$ $7p\ ^2P_{3/2}$ transition frequency in $^{226}$Ra$^{+}$
我们报告了一个直接测量的$7s\ ^2S_{1/2}\rightarrow$ $7p\ ^2P_{3/2}$电偶极跃迁频率在$^{226}$ Ra $^{+}$。对于单个激光冷却的镭离子，我们通过用倍频光直接驱动跃迁并用碘参考测量未倍频光的频率来确定跃迁频率为785722.11（3）GHz。该测量解决了先前报告值之间的五个组合标准差的差异。
2020-11-06 physics.atom-ph
Measurement of magic wavelengths for the 40Ca+ clock transition
我们证明了实验上存在的魔术波长，并确定一个单一的被困离子的振子强度的比例。首次高精度地同时测量了~（40）Ca ~+时钟跃迁的两个魔波长，得到λ |mj| =1/2 = 395.7992（7）nm和λ |mj| =3/2 = 395.7990（7）nm。通过将激光调谐到40 Ca ~（++）的两个跃迁（4s ~（1/2）-4p ~（1/2）和4s ~（1/2）-4p ~（3/2））之间的中间波长，大大提高了时钟跃迁斯塔克位移对共振跃迁振子强度的灵敏度。利用测得的魔波长，我们确定了振子强度的比率，精度低于0.5%。我们的实验方法可以应用于测量其他离子时钟跃迁的魔波长，并且，有希望的是，这些魔波长的测量为构建晶格离子时钟铺平了道路。
2015-04-29 physics.atom-ph
An $^{27}$Al$^{+}$ quantum-logic clock with systematic uncertainty below $10^{-18}$
本文描述了一种基于$^1$ S $_0$ $\leftrightarrow$ $^3$ P $_0$跃迁的量子逻辑光谱的光学原子钟，其系统不确定度为${9.4 \times 10^{-19}}$，频率稳定度为${1.2\times10^{-15}/\sqrtτ}$ . $^{25}$ Mg $^{+}$离子与$^{27}$ Al $^{+}$离子同时被捕获并用于交感神经冷却和状态读出。在一个新的陷阱的改进，导致减少长期运动加热，相比以前的$^{27}$铝$^{+}$时钟，使时钟操作与离子长期运动附近的三维基态。与先前的$^{27}$ A1 $^{+}$时钟相比，以较低的陷波驱动频率操作时钟已经减少了过量的微动。这两种改进都导致了时间膨胀移位不确定性的降低。其他系统的不确定性，包括那些由于黑体辐射和二阶塞曼效应也已减少。
2019-05-22 physics.atom-ph
Prospective of Zr$^{3+}$ ion as a THz atomic clock
本文提出利用Zr$^{3+}$离子基态约37.52 THz的M1精细结构跃迁构建THz原子钟，并评估其同位素、子能级选择及主要系统频移。
2023-09-28 physics.atom-ph
