Noise budget of a trapped on chip cold atom Rubidium 87 clock
本研究实现了基于冷铷87原子团、Ramsey时间约600ms的片上原子钟，在无磁屏蔽、实验室日温漂数度的条件下完成搭建，并对其已知噪声开展了全面研究。
2025-06-11 physics.atom-ph
Fifteen Years of Cold Matter on the Atom Chip: Promise, Realizations, and Prospects
在这里，我们审查领域的原子芯片的背景下，玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），以及一般的冷物质。在BEC第一次实现20年和原子芯片实现15年后，人们发现后者能够实现非凡的壮举：从每秒产生几个BEC的速度，到实现物质波干涉测量，一直到新颖的表面探测和新的力量。此外，技术应用也在加紧推进。这篇评论将描述这些发展和更多，包括尚未实现的新想法。
2016-05-16 physics.atom-ph
An on-chip optical lattice for cold atom experiments
提出了一种基于原子-芯片的集成光晶格系统，用于冷原子和超冷原子的研究。形成晶格所需的逆反射光学器件直接键合到原子芯片，从而实现紧凑且鲁棒的片上光晶格系统。在磁阱中实现玻色-爱因斯坦凝聚后，我们将原子直接加载到垂直取向的一维光晶格中，并演示了朗道-齐纳隧穿。本文提出的原子芯片技术可以很容易地推广到更高维的光晶格。
2015-06-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Optimised surface-electrode ion-trap junctions for experiments with cold molecular ions
我们讨论了两种类型的表面电极射频离子阱阵列，使集成的实验与同情冷却的分子离子的单片芯片设备之间的结的设计和优化。一个多目标的优化程序适用于一个任意的平面结的详细描述，并讨论了四个四极子之间的交叉结以及一个四极子到八极子结的结果。基于这些优化的功能元件，我们提出了一个多功能的离子阱芯片的实验与冷分子离子的温度在毫开尔文范围内。这项研究打开了大门，扩展复杂的芯片为基础的捕获技术，库仑结晶分子离子在质谱，光谱，控制化学和量子技术的潜在应用。
2017-01-23 physics.atom-ph
Bright Source of Cold Ions for Surface-Electrode Traps
我们在表面电极的Paul阱中通过激光冷却原子的光电离产生大量低能离子。$4\times10^{5}$ Yb $^{+}$离子/s的同位素选择性陷阱加载速率超过通过原子束的光电离（电子碰撞电离）获得的速率四（六）个数量级。浅至0.13 eV的陷阱很容易用这种技术加载。离子被限制在与激光冷却原子相同的空间区域内，这将允许实验研究冷离子与冷原子或玻色-爱因斯坦凝聚体之间的相互作用。
2007-02-03 physics.atom-ph
Measuring and manipulating the temperature of cold molecules trapped on a chip
我们演示了在微芯片环境中的冷CO分子的温度的测量和操纵。通过使用时间分辨的空间成像，我们能够观察分子的相空间分布，从而推断出相应的温度。我们这样做，通过观察分子系综的时间膨胀，并通过使用数值轨迹模拟。此外，我们证明了绝热冷却的捕获分子样品，并讨论了这一过程。
2014-06-26 physics.atom-ph
Chip-integrated voltage sources for control of trapped ions
捕获离子量子信息处理器提供了许多优点，可以在大量量子比特上实现高保真操作，但目前的实验需要庞大的外部设备来对许多离子进行经典和量子控制。我们证明了低温操作的离子阱，采用单片集成的高电压CMOS电子（$\pm 8\mathrm{V}$全摆幅）产生表面电极控制电位，而不需要外部的模拟电压源。串行总线对单个芯片内的16个数模转换器（DAC）的阵列进行编程，这些DAC向芯片上的分段电极施加电压以控制离子运动。此外，我们提出了一个集成电路，使用模拟开关，以减少电压噪声的陷阱电极上，由于集成放大器超过$50\mathrm{dB}$。我们验证了我们的集成电子的功能，通过执行诊断与捕获的离子，并发现噪声和速度性能类似，我们观察到使用外部控制元件。
2018-10-16 physics.atom-ph quant-ph
Electric field sensing near the surface microstructure of an atom chip using cold Rydberg atoms
利用冷原子测量了原子芯片异质金属/介质表面附近的电场。原子对电场的敏感性通过激发原子到里德堡态而增强，里德堡态的极化率是基态的10^8倍。我们把测量到的电场归因于原子芯片导线之间绝缘体的充电。令人惊讶的是，观察到这些领域可能会显着降低与适当的电压偏置，建议配置的混合量子系统的未来发展。
2012-06-29 physics.atom-ph quant-ph
Structure of the Alkali-metal-atom-Strontium molecular ions: towards photoassociation and formation of cold molecular ions
用量子化学方法测定了由一个碱金属原子和一个锶离子组成的分子离子的势能曲线、永久和跃迁偶极矩以及静态偶极极化率。分子离子被视为有效的双电子系统，并处理使用有效的核心电位，包括核心极化，大高斯基组，和全组态相互作用。在即将到来的旨在合并冷原子和冷离子阱的实验的角度，辐射电荷交换，冷锂或铷原子和锶离子的光缔合的可能途径进行了讨论，以及稳定的分子离子的形成。
2011-02-24 physics.atom-ph quant-ph
Production of translationally cold barium monohalide ions
我们已经产生了同情冷却的一卤化钡离子$^+$（X = F，Cl，Br）反应捕获，激光冷却$^+$离子与室温气相中性含卤素分子。其中两个（SF $_6$和CH $_3$ Cl）的反应速率已被测量，并与经典模型一致。BaX $^+$离子是很有前途的候选冷却到振转基态，我们的方法提出了一个简单的方法来产生这些极性分子离子。
2013-05-31 physics.atom-ph
Transporting cold atoms towards a GaN-on-sapphire chip via an optical conveyor belt
本研究展示了一种基于GaN-on-sapphire芯片的混合光子-原子平台，利用光学传送带将冷原子从自由空间输运至芯片，最大输运效率约50%，输运距离500微米，为高效装载原子到倏逝场陷阱及实现单原子-单光子强相互作用开辟了新途径。
2023-05-13 physics.atom-ph
Light-Assisted Cold Chemical Reactions of Barium Ions with Rubidium Atoms
在离子-原子混合阱中研究了激光冷却的Ba+离子与Rb原子的光辅助反应碰撞。发现反应速率强烈依赖于反应伙伴的电子状态，其中激发态Ba+（6s）+Rb（5 p）反应通道的速率常数最大（7（2）x 10^-11 cm ^3 s^-1）。类似于以前研究的Ca+ + Rb系统，电荷转移和辐射缔合被发现是占主导地位的反应过程。通过辐射缔合产生的分子离子可以通过它们进入库仑晶体的交感冷却直接观察到。计算了Ba ~（6 s）+Rb ~（5 p）渐近线附近的势能曲线和反应散射截面。最低反应通道Ba+（6s）+Rb（5s）的理论速率常数与实验结果一致。
2013-01-04 physics.atom-ph physics.chem-ph
Spectroscopic properties of the molecular ions BeX^+ (X=Na, K, Rb): Forming cold molecular ions from an ion-atom mixture by stimulated Raman adiabatic process
本文采用基于赝势模型、高斯基组、有效核极化势和全组态相互作用（CI）的量子化学方法，计算了由碱金属离子Be和碱金属原子X组成的分子离子BeX^+（X=Na，K，Rb）的势能曲线、光谱参数和跃迁偶极矩.我们详细研究了碱金属离子与碱金属原子的量子碰撞。此外，我们还研究了离子-原子碰撞体系中通过受激Raman绝热过程形成分子离子的可能性，并讨论了实现布居转移的参数范围。我们的结果对离子-原子冷碰撞和冷分子离子形成的实验实现具有重要意义。
2018-05-25 physics.atom-ph
Measurement of the trapping lifetime close to a cold metallic surface on a cryogenic atom-chip
在低温原子芯片实验中测量了磁囚禁原子的囚禁寿命。超冷原子云与沉积在超导捕获线顶部的薄金层保持固定距离。寿命的研究作为一个功能的距离表面和电线。观察到不同的制度，其中的损失率是由技术的电流噪声在电线或约翰逊-奈奎斯特噪声在金属金层，在良好的协议与理论预测。远离表面，我们观察到异常长的捕获时间的原子芯片，在10分钟的范围内。
2009-01-27 physics.atom-ph
Compact chip-scale guided cold atom gyrometers for inertial navigation: Enabling technologies and design study
这项工作回顾了主题的旋转传感与紧凑的冷原子干涉仪。被认为是一组有代表性的紧凑型自由落体冷原子陀螺仪，因为在不同的方面，他们建立了一个旋转测量参考冷引导原子技术。本文首先讨论了与基于原子芯片的紧凑型惯性传感器的一组关键功能构建模块相关的冷引导原子的使能技术。这些功能涉及原子的准确和可再现的定位，以启动测量周期，相干动量转移到原子波包，抑制传播引起的退相干由于潜在的粗糙度，片上检测，和真空动力学，因为它对传感器的稳定性，这是由于测量死区时间的影响。基于现有的使能技术，原子芯片陀螺仪的设计与引导原子的形式化使用的设计情况下，对待设计元素，如指导，制造，比例因子，转速灵敏度，光谱响应，重要的噪声源，和传感器的稳定性。
2019-12-14 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Theoretical and Numerical studies of the positions of cold trapped ions
我们研究了线性晶体结构中的Paul阱所限制的冷离子的性质，由于其在实际量子计算中的应用，该系统具有相当大的电流兴趣。采用理论和数值计算相结合的方法，导出了离子位置的半经验公式。
1997-11-24 physics.atom-ph physics.optics
A proposal for sympathetically cooling neutral molecules using cold ions
我们描述了一种用于冷却具有磁和电偶极矩的中性分子的方法，该方法使用与冷离子的碰撞。外部磁场用于分裂分子的基振转能级。最高的能量状态内的地面振转歧管内的能量增加的距离的离子减少导致排斥电位。在低能量下，由于最近接近的大距离，非弹性碰撞被强烈抑制。因此，中性分子和冷离子之间的碰撞将导致分子动能的降低，而内能没有变化。我们目前的结果为特定的情况下，OH分子冷却的Be $^+$，Mg $^+$，或Ca $^+$离子。
2014-01-27 physics.atom-ph
Observation of Cold Collisions between Trapped Ions and Trapped Atoms
我们展示了一个双阱系统，非常适合于研究被困离子和被困原子之间的冷碰撞。使用Yb $^+$离子被限制在一个保罗陷阱和Yb原子的磁光阱，我们研究了几种同位素的碰撞能量下降到400 neV（5 mK）的电荷交换碰撞。在原子极化率为143 a. u时，测量的$6 \times 10^{-10}$ cm $^{3}$ s $^{-1}$的速率系数在碰撞能量的四个数量级上是常数，与半经典Langevin模型的结果符合得很好.
2009-02-04 physics.atom-ph
Sympathetic and swap cooling of trapped ions by cold atoms in a MOT
一个冷却和捕获的离子和原子的混合系统，为离子辅助冷化学和新颖的多体研究铺平了道路。由于单个俘获机制的不同，被俘获的原子明显比被俘获的离子冷，因此在组合系统中，强的二元离子$-$原子相互作用导致从离子到原子的热流。相反，被捕获的离子也可以被冷原子碰撞加热，使离子和原子之间的平衡变得有趣。在这里，我们的实验表明，铷离子（Rb $^+$）冷却接触磁光捕获（MOT）Rb原子，相反的一般预期的离子加热等离子和原子质量。从理论上解释了冷却机理，并用数值模拟加以验证。共振电荷交换（RCx）碰撞，它允许交换冷却的离子与原子，其中一个单一的掠射碰撞事件带来的快速离子休息的重要性进行了讨论。
2011-12-26 physics.atom-ph quant-ph
Optical Mass Spectrometry of Cold $\mathrm{RaOH}^+$ and ${\mathrm{RaOCH}_3}^+$
我们提出了一种全光学质谱技术来识别捕获的离子。新方法使用激光冷却离子来确定一个共同捕获的暗离子的质量，在几秒钟内达到亚道尔顿的分辨率。我们应用该方法来确定第一个控制合成的冷，捕获$\mathrm{RaOH}^+$和${\mathrm{RaOCH}_3}^+$。这些分子对时间和宇称违反的敏感性很有希望，这些违反可能限制标准模型之外的新物理学来源。质谱技术的非破坏性性质可以帮助在光学光谱之前识别分子离子或高电荷离子。与先前用于依赖于扫描的小离子晶体的质谱技术不同，该方法使用固有宽带且相对快速的傅立叶变换。该技术的速度为研究离子阱中的状态分辨化学反应提供了新的机会。
2021-01-11 physics.atom-ph physics.chem-ph
Single vortex fluctuations in a superconducting chip as generating dephasing and spin flips in cold atom traps
我们研究捕获的冷原子由一个极端的II型超导芯片中的一个单一的涡旋线，允许钉扎和摩擦。我们评估原子的自旋翻转率和失相由于在平衡的涡旋波动，发现它们迅速衰减时，到涡旋的距离超过磁穿透长度。我们发现，有特殊的自旋取向，取决于自旋位置相对于涡，在该自旋退相大大减少，而垂直方向有一个减少的自旋翻转率。我们还表明，涡必须垂直于表面的一般形状的涡。
2012-05-08 cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Rotation of cold molecular ions inside a Bose-Einstein condensate
我们使用最近开发的angulon理论[物理。114，203001（2015）]以研究浸入铷和锶的玻色-爱因斯坦凝聚体中的氰化物分子阴离子的旋转光谱。基于$\textit {ab initio}$势能面，我们详细研究了声子激发场修饰分子转动所引起的转动兰姆位移和多体诱导精细结构。我们证明，这些影响的幅度是足够大，以观察到在现代实验中的冷分子离子。此外，我们还介绍了一种从$\textit {ab initio}$势能面出发构造赝势的新方法，该方法为低能极化子模型提供了一种获得有效耦合常数的方法。
2016-10-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Deterministic delivery of externally cold and precisely positioned single molecular ions
我们提出了一个可选择的外部冷分子离子的制备和确定性交付。激光冷却的Mg^+离子系综随后被限制在几个线性保罗阱中，这些保罗阱通过四极波导相互连接，作为单个或多达几百个分子离子的冷浴。交感冷却将分子离子嵌入晶体结构中。MgH^+离子作为其他各种可能的分子离子的模型系统，被冷却到接近多普勒极限，并以1微米的精度定位。在生产过程之后，严重损害真空条件，分子离子被有效地转移到几乎无背景的环境中。演示了分子离子在不同陷阱之间的转移以及对陷阱中分子离子的控制。方案，优化了特定数量的离子的转移，实现和他们的效率进行评估。这种多功能源适用于外部冷和精确定位的分子离子的宽电荷质量比，可以作为一个无容器的目标制备设备，非常适合于在高重复率（kHz）下对单个分子离子进行衍射或光谱测量。
2011-10-19 physics.atom-ph quant-ph
A tuneable wavelength reference for chip-scale laser cooling
我们展示了一个可调的，芯片级的波长参考，大大降低了冷原子传感器的复杂性和体积。1 mm光程长度的微制造单元提供原子波长参考，通过塞曼移动原子跃迁通过印刷电路板（PCB）线圈产生的磁场来实现动态频率控制。激光频率稳定系统的动态范围进行了评估，并与改进的一代芯片级冷原子平台，陷阱400万87Rb原子。可扩展性和组件整合为冷原子传感器的小型化迈出了关键一步。
2022-12-06 physics.atom-ph
Formation of molecular ions by radiative association of cold trapped atoms and ions
本文采用基于有效实势的量子化学方法，对激光冷却Rb原子与碱土金属离子（Ca $^+$，Sr $^+$，Ba $^+$）和Yb $^+$，以及Li与Yb $^+$冷碰撞过程中的辐射发射进行了理论研究.辐射缔合的分子离子的预测发生的所有系统的截面大于辐射电荷转移一个两到十倍。部分和总的速率常数也计算和可用的实验进行比较。窄形状的共振是预期的，这可以在低温下检测到的实验分辨率在目前的标准的限制。振动分布也进行了计算，表明最终的分子离子没有创建在其基态水平。
2015-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Radiofrequency multipole traps: Tools for spectroscopy and dynamics of cold molecular ions
多极射频离子阱是一种在可控环境中研究分子离子及其相互作用的通用工具。特别是低温22极离子阱配置用于研究离子分子反应和复杂的分子光谱在几个开尔文和室温之间的温度。本文介绍了一个教程射频离子捕获多极电极配置。稳定的捕获条件和缓冲气体冷却，以及重要的加热机制，进行了讨论。此外，选定的实验研究阳离子和阴离子分子反应和光谱的捕获离子进行审查。从这些研究出发，展望了多极离子阱的研究前景。
2009-03-15 physics.atom-ph
Vibrational quenching and reactive processes of weakly bound molecular ion-atom collisions at cold temperatures
利用准经典轨线方法研究了超冷原子气体中分子离子的振动猝灭和化学过程。特别是，BaRb $^+(v)$ + Rb碰撞研究在低温下揭示了一个高效的能量转移之间的平移自由度和内部度的分子离子。从而导致遵循朗之万俘获模型预测的大的振动猝灭截面。这些结果对理解超冷气体中冷分子离子的弛豫现象以及在冷稠密环境中通过离子-中性-中性三体复合出现的分子的命运起着关键作用。
2018-07-11 physics.atom-ph physics.chem-ph
Miniaturized optical system for a chip based cold atom inertial sensor
本文微型化了芯片级冷原子惯性传感器的复杂光学系统，采用粘接微型元件构建了体积仅35x25x5 cm³的光学平台，并开发了适配的激光频率锁定，成功实现了铷87原子的二维和三维磁光阱。
2025-04-04 physics.app-ph physics.atom-ph
Invited Review: Micro-fabricated components for cold atom sensors
激光冷却原子已被证明对精密计量具有变革性作用，在最先进的时钟和干涉仪中发挥着关键作用，并有可能为我们的现代技术能力提供一个飞跃性的变化。为了成功地开发其全部潜力，激光冷却平台必须从实验室环境转化为便携式紧凑型量子传感器，以部署在实际应用中。如果要实现明确的芯片级冷原子传感器，这种转变需要融合各种组件和专业知识。我们提出了冷原子传感器小型化的最新进展，重点是关键部件，使激光冷却的芯片级。传感器的可扩展性和性能的组件的设计，制造和影响将讨论与展望下一代芯片级冷原子器件。
2022-08-01 physics.atom-ph
Specific chemical reactivities of spatially separated 3-aminophenol conformers with cold Ca$^+$ ions
许多分子表现出多个旋转异构体（构象异构体），它们在热作用下相互转化，难以分离。因此，精确表征它们在化学反应中的作用已被证明具有挑战性。我们已经探讨了特定的构象的反应性，使用的实验技术的基础上，他们的空间分离的分子束通过静电偏转。分离的构象异构体与库仑结晶离子的目标在阱中反应。在钙$^+$与3-氨基苯酚的反应中，我们发现\textit{cis} -的速率常数比\textit{trans} -构象的速率常数大两倍（由O-H键取向区分）。这一结果是由符合特定的长程离子-分子相互作用势的差异解释。我们的方法证明了通过选择构象状态来控制反应性的可能性。
2013-08-29 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.chem-ph
Cold hybrid ion-atom systems
激光冷却囚禁离子和超冷原子的混合系统是近年来量子物理基础研究的新平台。本文综述了离子-原子冷杂化系统的理论和实验研究进展，旨在结合这两个成熟领域的最佳特性。我们提供了一个广泛的概述的理论描述的离子原子混合物及其应用，并报告在实验中的进展与保罗或偶极陷阱与冷原子云重叠，并与离子直接产生的玻色-爱因斯坦凝聚体捕获的离子。我们从微观模型开始，描述电子结构，相互作用和碰撞物理的离子-原子系统在低温和超低温下，包括辐射和非辐射电荷转移过程和它们的控制与磁可调费什巴赫共振。然后，我们描述了相关的实验技术和混合系统的内在性质。特别地，我们讨论了离子在Paul阱中的微运动对离子-原子杂化系统的影响。接下来，我们回顾了最近的建议，使用离子浸没在超冷气体研究冷碰撞，化学，多体物理，量子模拟，量子计算和它们的实验实现。在最后一部分中，我们重点讨论了分子离子通过自发辐射缔合、光缔合、磁缔合和交感冷却的形成。讨论了冷分子离子在冷控化学和精密光谱学中的应用和前景。
2019-08-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
A grating-chip atomic fountain
本文提出一种基于光栅磁光阱的紧凑型冷原子喷泉，在简化光路中实现原子冷却与发射，测得拉姆齐时间达100 ms、线宽5 Hz，并验证了单次稳定度提升，有望兼顾冷原子钟的便携性与短长期稳定度。
2022-07-26 physics.atom-ph
Production of NaCa$^+$ molecular ions in the ground state from cold atom-ion mixtures by photoassociation via an intermediate state
从理论上分析了Ca（$^1$ S）Na $^+$（$^1$ S）分子离子通过中间态形成的光学途径.的形成方案是基于从头计算势能曲线和过渡偶极矩计算使用量子化学的有效核势的方法。在所提出的方法中，从冷捕获的Ca $^+$离子的混合物浸入到Na原子的超冷气体中开始，（NaCa）$^+$分子离子在激发的E $^{1}Σ^+$电子态中光缔合，并允许自发地衰减到电子基态或中间态，从该中间态，人口通过额外的光激发转移到基态。通过分析所有可能的途径，我们发现，一个双光子方案的效率，通过B $^{1}Σ^+$或C $^{1}Σ^+$势，是足以产生显着数量的基态（NaCa）$^+$分子离子。一个单一的步骤的过程导致在较低的形成率，这将需要一个高密度的样品或非常强烈的光缔合激光是可行的。
2016-06-09 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling of rovibrationally state-selected molecular ions
本文提出了一种在离子阱中产生旋转和振动选态、自旋冷分子离子的新方法。我们的技术是基于中性分子的状态选择阈值光电离，然后用激光冷却的钙离子对产生的离子进行交感冷却。使用N $_2^+$离子作为测试系统，我们实现了> 90%的选择性，在制备的基础振转能级和状态寿命的数量级为15分钟的限制与背景气体分子的碰撞。该技术可以用来产生一个广泛的非极性和极性的分子离子在地面和激发振转态。我们的方法为冷量子控制的离子-分子碰撞研究、用状态选择的分子离子和分子-离子量子比特进行频率计量学实验开辟了新的前景。
2010-06-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Experiments on a videotape atom chip: fragmentation and transport studies
本文报道了超冷铷原子被限制在微型磁阱中的实验，磁阱是用安装在原子芯片上的磁化录像带制作的。的粗糙度的限制潜力的研究与原子云在几个微开尔文的温度和在30和80微米之间的距离从录像带芯片表面。通过这种方式，表征了由靠近芯片中心区域的磁化录像带产生的磁场的不均匀性。此外，我们展示了一种新的传输机制，使我们运送冷原子限制在阵列的录像带磁微陷阱的距离高达1厘米平行的芯片表面。这种输送机制使我们能够调查芯片的表面，并观察不同区域的潜在粗糙度效应。
2010-03-23 physics.atom-ph
A high-flux cold-atom source utilising a grating atom chip
该研究利用纳米结构衍射光栅的原子芯片，从单束激光生成磁光阱所需光束，结合二维$^+$-MOT原子源，实现每秒捕获$10^9$个原子并冷却至$14\\,\mu$K，演示磁捕获，为便携式BEC量子传感装置简化迈出关键一步。
2024-06-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Rotationally cold OH$^-$ ions in the cryogenic electrostatic ion-beam storage ring DESIREE
我们应用近阈值激光光剥离表征的旋转量子级分布的OH $^-$离子存储在低温离子束存储环，SEQUREE，在斯德哥尔摩大学。我们发现，存储的离子弛豫到13.4 $\pm$ 0.2 K的旋转温度与94.9 $\pm$ 0.3%的离子在旋转基态。这是一致的存储环的温度为13.5 $\pm$ 0.5 K的测量与8个硅二极管，但在所有较早的研究中，在低温陷阱和环的旋转温度总是远远高于那些存储设备在其最低温度。此外，我们通过选择性光分离主动地修改旋转分布以产生OH $^-$束，其中大约一百万个存储离子中的99.1 $\pm$ 0.1%处于$J$ =0旋转基态。
2018-03-31 physics.atom-ph
Precision measurements with cold atoms and trapped ions
近年来，冷原子和囚禁离子的量子控制在科学和技术方面的进展极大地推动了其在精密测量中的应用。由于这些大质量量子系统的卓越可控性和多功能性，基于冷原子和离子的时钟，磁力计和干涉仪实现了前所未有的灵敏度。此外，这些系统还具有许多特性，可以用于促进不同场景中的应用。本文简要介绍了用于时间、磁场和惯性力精密测量的光学钟、冷原子磁强计和原子干涉仪的原理。然后，主要内容是致力于总结这三个应用程序的一些最近的实验和理论进展，特别注意到新的设计和更好的性能的可能性。本文的目的绝不是对这个快速发展领域的所有重要作品进行完整的概述，而是对前沿领域进行粗略的概述，并展示未来的迷人未来。
2020-07-17 physics.atom-ph quant-ph
Second-Scale Coherence Measured at the Quantum Projection Noise Limit with Hundreds of Molecular Ions
冷分子为量子信息、冷化学和精密测量提供了一个极好的平台。某些分子对超越标准模型的物理学具有增强的灵敏度，例如电子的电偶极矩（$e$ EDM）。分子离子很容易被捕获，因此对于灵敏度随询问时间变化的精密测量特别有吸引力。在这里，我们展示了一个自旋进动测量与第二尺度的相干性在量子投影噪声（QPN）的限制与数百个被困分子离子，选择他们的灵敏度的$e$ EDM，而不是他们的顺从状态控制和读出。取向分辨共振光解离使我们能够同时测量两个量子态与相反的$e$ EDM灵敏度，达到QPN极限，并充分利用高计数率和长相干。
2020-01-23 physics.atom-ph physics.chem-ph
A surface-patterned chip as a strong source of ultra-cold atoms for quantum technologies
激光冷却原子是现代精密测量的核心。它们作为实验腔量子电动力学、量子信息处理和物质波干涉测量的一种使能技术也越来越重要。虽然在原子能谱仪的热处理方面已经取得了显著的进展，但是由于使用了热的原子系综和缓冲气体，这些装置的精确度受到了限制。在生产便携式设备方面也取得了进展，这些设备受益于微开尔文范围内原子的优点。然而，使用微制造技术简化原子冷却和加载已被证明是困难的。在这封信中，我们解决这个问题，实现了一个原子芯片，使集成的激光冷却和捕获到一个紧凑的装置。我们的源提供了一万倍以上的原子比以前的磁光陷阱与微加工光学，并首次可以达到亚多普勒温度。此外，相同的芯片设计提供了形成稳定的光晶格的简单方法。这些特点，加上制造简单和易于操作，使这些新的陷阱在高精度，便携式测量设备的冷原子技术的发展的关键进展。
2013-11-05 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Programmable trap geometries with superconducting atom chips
我们利用超导薄膜在超导态的滞回特性来产生不同的超冷原子陷阱和灵活的磁势。陷阱的几何形状可以通过外部施加的场来编程。这种新的原子光学方法是通过在单个微结构上实现三种不同的陷阱类型来证明的：Z型陷阱，双陷阱和无偏场陷阱。我们的研究表明，超导体的超导态为原子光学和超冷量子气体的应用提供了一个新的多功能平台。
2010-03-29 physics.atom-ph
High resolution ion trap time-of-flight mass spectrometer for cold trapped ion experiments
用激光冷却的原子离子捕获被共振冷却的分子离子是探索冷离子化学的一个有用的平台。我们设计并表征了一种新的实验装置，用于探测在低于1 K的温度下分子阳离子和中性自由基之间的化学反应动力学。离子被捕获在一个线性四极射频陷阱和同情冷却的共同捕获，激光冷却，原子离子。离子阱耦合到飞行时间质谱仪，以容易地识别产物离子种类，以及准确地确定捕获的离子数。我们讨论，并详细介绍了这种离子阱飞行时间质谱仪的设计，以及驱动陷阱和质谱仪所需的电子设备。此外，我们测量该系统的性能，产生质量分辨率的$m/Δm \geq 1100$在很宽的质量范围内，并讨论其相关性，为未来的测量化学反应动力学和动力学。
2017-07-21 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.ins-det
Automation in quantum logic experiments with cold molecular ions
本文提出一套全自动化冷分子离子量子逻辑实验控制系统，通过实时图像反馈、势阱操控与纳秒级脉冲同步，实现双物种离子链制备与光谱测量，使实验循环次数提升约十倍，为分子离子实验提供了可扩展蓝图。
2025-10-31 physics.atom-ph
Rydberg excitation of trapped cold ions: A detailed case study
我们提供了一个详细的理论和概念研究计划的实验，激发里德堡态的离子被困在一个保罗陷阱。最终目标是利用里德伯离子之间的强态依赖相互作用来实现量子信息处理协议和模拟强相互作用自旋系统的动力学。我们强调这种方法的承诺时，结合高度的控制和读出的量子态在被困离子晶体与新颖的和快速的门计划的基础上相互作用的巨大里德伯原子的偶极矩。我们讨论了预期的理论和实验挑战的方式实现。
2011-04-15 physics.atom-ph quant-ph
Cold neutral atoms via charge exchange from excited state positronium: a proposal
我们提出了一种通过囚禁离子与里德伯正电子偶素的电荷交换反应产生冷中性原子的方法。高的电荷交换反应截面导致离子的有效中和，并且由于正电子素-离子质量比小，中性粒子在该过程中不会获得可观的动能。当原始离子冷却时，反应产生中性粒子，可以用电磁场捕获或进一步操纵。由于可以针对广泛的物种，我们设想，我们的方案可以使实验在低温下，迄今为止一直棘手的，由于缺乏冷却方法。我们提出了一个估计可实现的温度，中性数和密度的实验中，中性形成在毫开尔文温度从直接或同情冷却离子限制在离子芯片上。然后，中性粒子可以被它们的磁矩限制在也形成在芯片上的共同定位的磁性最小阱中。我们讨论了一般的实验要求。
2017-01-18 physics.atom-ph
Observation of collisions between cold Li atoms and Yb$^+$ ions
报道了$^6$ Li原子与Yb $^+$离子的冷碰撞观测结果。这种物质的组合最近被认为是最适合达到量子极限的混合原子-离子系统，由于其大的质量比。对于在$^2S_{1/2}$基态制备的原子和离子，发现电荷转移和缔合速率比Langevin碰撞速率小至少~10 $^{3}$倍。这些结果证实了$^6$ Li-Yb $^+$在交感冷却和量子信息应用方面的良好前景。对于在电子激发态$^2P_{1/2}$、$^2D_{3/2}$和$^2F_{7/2}$中制备的离子，我们发现反应速率主要由电荷转移决定，在$\sim$ ~1- 120 ~mK范围内不依赖于离子同位素和碰撞能。理论证实了基态碰撞的低电荷转移速率，但是Yb $^+$离子中的$4f$壳层阻止了对$^2P_{1/2}$、$^2D_{3/2}$和$^2F_{7/2}$状态的电荷转移速率的准确预测。用量子化学的\textit{ab initio}方法计算了能量为30 $\times 10^3$ ~cm $^{-1}$的原子-离子相互作用势，并对观测到的速率作了定性解释.
2017-10-18 physics.atom-ph
Nonclassical effects in cold trapped ions inside a cavity
我们调查的动力学的冷囚禁离子耦合到量子化的字段内的高精谐振腔，考虑确切的离子内部能级和字段（载流子跃迁）之间的共振。我们推导出一个强度依赖的哈密顿量，其中保留了与Lamb-Dicke参数（$η$）的平方成比例的项。我们发现，不同的非经典效应中出现的离子布居数反转的动力学，取决于初始状态的振动运动/字段和$η$的值。
2002-10-11 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Manipulation and coherence of ultra-cold atoms on a superconducting atom chip
量子系统的相干性对量子信息处理至关重要。虽然已经证明超导量子比特可以以微电子速率处理量子信息，但是在这些系统中保持信息的相干性以及因此的量子特性仍然是一个挑战。另一种方法是在不同的量子平台之间共享任务，例如冷原子存储由超导电路处理的量子信息。在我们的实验中，我们描述了磁囚禁在超导原子芯片上的~（87）Rb原子的叠加态的相干性。我们将原子加载到一个设计在非共振共面谐振器附近的持续电流阱中，观察到超精细基态的相干性保持了几秒钟。我们证明了在超导界面上可以制备和操纵温度低于350 nK的100万个热原子的大系综和具有3.5 × 10^5个原子的纯玻色-爱因斯坦凝聚体。这开辟了通往强集体耦合制度的丰富动力学的道路。
2013-02-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Controlling fast transport of cold trapped ions
我们实现了离子在分段微结构Paul阱中的快速输运。离子在阱的5个运动周期（3.6微秒内280微米）内穿梭超过其基态波函数大小10^4倍的距离。从基态冷却的离子，我们发现一个优化的运输，使能量增加低至0.10 $\pm$ 0.01运动量子。此外，我们证明了存储在自旋运动纠缠态中的量子信息在整个传输过程中得到了保持。穿梭操作是级联的，作为基于穿梭的架构到可扩展离子阱量子计算的原理证明。
2012-06-02 physics.atom-ph quant-ph
Addressing and manipulation of individual hyperfine states in cold trapped molecular ions and application to HD^{+} frequency metrology
先进的技术操纵的内部状态，在原子物理学的标准，首次展示了带电分子物种。我们解决个人的超精细态的双原子离子的振转能级的光激发个人的超精细跃迁，并实现受控转移到选定的超精细态的人口。我们使用分子氢离子（HD^{+}）作为模型系统，并采用一种新的频率梳为基础的，连续波5 \mum激光光谱仪。所实现的光谱分辨率是迄今为止在光学域中对分子离子物种获得的最高分辨率。因此，我们也能够对分子的从头算理论进行最精确的测试。
2012-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Scalable chip-based 3D ion traps
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik（德国航空航天中心卫星测地与惯性传感器研究所）；Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学理学院）；eleQtron GmbH（eleQtron有限公司）；Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所）
本文综述了芯片基三维离子阱的最新进展，包括材料选择、片上滤波组件集成和真空紧凑电连接，并基于有限元法模拟讨论了集成微光学而不干扰离子的可能性。
2026-06-23 physics.atom-ph quant-ph
A planar ion trap chip with integrated structures for an adjustable magnetic field gradient
我们提出了一个分段的表面离子阱集成载流结构的设计，制造和表征。后者产生空间变化的磁场，这是离子有效自旋之间的磁梯度感应耦合所必需的。我们证明了172 Yb+离子的字符串的捕获，表征的陷阱和地图磁场的射频-光学双共振光谱的性能。此外，我们应用和表征的磁梯度，并证明在一个字符串的三个离子使用RF辐射的个人寻址。
2013-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Realization of a chip-based hybrid trapping setup for $^{87}$Rb atoms and Yb$^{+}$ Ion crystals
本文提出并验证了一种集成平面原子芯片阱的离子阱芯片，实现了Yb$^{+}$离子晶体和$^{87}$Rb原子的混合囚禁，解决了原子-离子混合阱中的对准与独立调控难题。
2024-01-05 physics.atom-ph quant-ph
A proposal of quantum logic gates using cold trapped ions in a cavity
我们提出了一个方案，用于实现逻辑门在一个被困离子内的高Q腔。离子同时与（经典）激光场以及（量子化）腔场相互作用。我们证明，简单地通过调整离子的内部水平与频率的字段，它是可能的构建一个受控的非门在一个三步的程序，具有离子的内部以及运动水平作为量子比特。腔场作为辅助量子位，基本保持真空状态。
2002-08-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
