综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

追求极限, 刷新“钙帮”世界纪录

日期: 2023-03-28
浏览次数: 11

来源:中国科学报


近年来,中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员高克林团队研制出不确定度为 3×10-18(相当于105亿年不差1秒)、稳定度为6.3×10-18@524000s的钙离子光频标,成为第五种不确定度指标达10-18水平的光频标、第二种稳定度达10-18量级的离子光频标,并研制出目前搬运距离最远的光钟,实现精度达到10-16的钙离子光频的溯源测量。该成果被国际时间频率咨询委员会推荐为次级秒定义。

“钙离子有很多优点,比如其光频跃迁是搭建高精度光频标的理想参考,可有效抑制离子特有的微运动频移。其离子的量子态制备、激光冷却及钟跃迁探测所用的激光均可用商品化的半导体激光器发射,因此极有可能实现广泛应用。”高克林说,“但是钙离子光频标也面临两个世界级难题:一是钙离子对磁场非常敏感;二是钙离子在室温下对黑体辐射效应(环境温度)敏感。”

频率标准研究对外场控制(环境中各种效应,如振动、噪声、磁场和温度等)的要求非常高,国际上许多光频标研究机构已经放弃参考钙离子搭建高精度光频标。目前,国际上仅有锶原子光频标、镱原子光频标、铝离子光频标,以及镱离子光频标的不确定度达到10-18量级。

“能否直面这些国际难题,将钙离子光频标推进至更高精度是我们面临的艰巨挑战。”高克林说,“在叶朝辉、罗俊院士领导的精密测量项目专家组与频标科学家王义遒、王育竹、李天初等人的关心和支持下,我们一步步解决了这些难题,将钙离子光频标推至国际第一方阵。”

为进一步提高钙离子光频标的性能,研究人员通过改进钟跃迁激光性能,建立了第二台钙离子光频标并进行比对,大幅降低了电四极频移、光频移和微运动频移,实现了不确定度达5.5×10-17、稳定度达7×10-17的钙离子光频标。2018年,团队通过“魔幻射频囚禁场”抑制了微运动频移,又通过降低黑体辐射频移、改进光频标伺服软件等措施,进一步将钙离子光频标不确定度提升至2.2×10-17。2019年,通过对两台钙离子光频标长达31天的频率比对,研究人员测得稳定度达到6.3×10-18@524000s。

为降低钙离子光频标黑体辐射频移的影响,团队将离子阱置于液氮低温环境中,使黑体辐射频移对温度的敏感度降低了约两个数量级。与国际上采用的液氦系统相比,液氮系统造价低廉、操作简单。但缺点是使用中液氮会蒸发,系统运行时液氮容积变化易造成离子位置移动,从而导致荧光信号损失。

为解决低温系统问题,研究人员反复迭代和纠错,并采用清华大学教授尤力团队的“前置反馈”技术,大幅降低了背景磁场噪声。最终,该团队在国际上首次实现了液氮低温钙离子光频标,不确定度达到3×10-18。

2020年,该团队实现钙离子光频标系统集成、可靠和高精度运行等关键技术突破,研制出一台精度24亿年偏差不到1秒的可搬运钙离子光钟,首次将钙离子光频测量精度推进到国际最高水平,并实现从武汉到北京千公里级车载搬运。

“研究钙离子的人称自己为‘钙帮’。”高克林说,“在实验关键时期,大家加班轮岗的故事很多,但没人觉得辛苦,因为热爱,所以乐在其中。”



Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 09 - 12
    点击次数: 39
    2025年9月11日上午,江苏省稀土行业协会副秘书长、办公室主任蔡乐敏同志遗体告别仪式于苏州殡仪馆海棠厅举行。江苏省稀土行业协会、上海市稀土协会及相关企业代表、生前好友等出席仪式。全国各省市稀土行业协会敬献花篮,寄托对蔡乐敏同志的深切哀悼,共同缅怀这位在行业内备受尊敬的同仁。  蔡乐敏同志的一生,是为稀土事业奋斗不息的一生。自江阴加华的基层岗位至江苏省稀土行业协会副秘书长、办公室主任之职...
  • 2025 - 09 - 12
    点击次数: 40
    2025年9月11日上午,江苏省稀土行业协会副秘书长、办公室主任蔡乐敏同志遗体告别仪式于苏州殡仪馆海棠厅举行。江苏省稀土行业协会、上海市稀土协会及相关企业代表、生前好友等出席仪式。全国各省市稀土行业协会敬献花篮,寄托对蔡乐敏同志的深切哀悼,共同缅怀这位在行业内备受尊敬的同仁。  蔡乐敏同志的一生,是为稀土事业奋斗不息的一生。自江阴加华的基层岗位至江苏省稀土行业协会副秘书长、办公室主任之职...
  • 2025 - 09 - 12
    点击次数: 40
    来源:中国稀土网美国磁体回收商HyProMag计划向内华达州和南卡罗来纳州扩张,将磁体回收能力提高两倍。该公司的投资者Mkango公司宣布,HyProMag正在得克萨斯州达拉斯-沃斯堡(DFW)建设其稀土磁体回收和制造工厂,同时也在研究在南卡罗来纳州威利斯顿和内华达州里诺建设新工厂的机会。达拉斯-沃斯堡中心在40年的运行寿命内,每年可回收750吨烧结钕铁硼磁体和807吨钕铁硼副产品。商业运营计划于...
  • 2025 - 09 - 12
    点击次数: 39
    来源:X-MOL手性稀土纳米材料通过手性结构或配体赋予光学活性,由于圆偏振发光、卓越的光稳定性和可调光学等独特性能,在光电显示、生物传感、信息加密和催化方面具有广阔的应用潜力。本文系统地总结了最新进展,重点介绍了合成策略、独特的光学特性以及各领域应用的实验论证。最后,讨论了未来发展的前景和挑战。这些研究促进了对圆偏振发光的理解,并能够灵活设计和制造具有工程功能的手性稀土纳米材料,解决光电显示器和生...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务