Quantum logic spectroscopy of titanium ions
- verfasst von
- Maximilian Jasin Zawierucha
- betreut von
- Piet Oliver Schmidt
- Abstract
Präzisionsspektroskopie von komplexen Ionen ist ein hervorragendes Werkzeug
der Forschung im Bereich der Grundlagen- und Astrophysik. Untersuchungen
komplexer Ionen sind zum Beispiel von Interesse bei der Messung von Magnet-
feldern von Sternen oder bei der Suche nach einer Variation von Naturkonstanten. Im besonderen Maße sind Molekülionen vielversprechende Kandidaten bei der Messung des elektrischen Dipolmoments des Elektrons oder bei der Suche nach einer Variation des Elektron- zu Protonmasse Verhältnisses. Eine komplexe Niveaustruktur hat oft zur Folge, dass das Ion keine zyklisch anregbaren Übergänge besitzt. Diese werden typischerweise zum Kühlen und zur Detektion benutzt. Zustandspräparation ist auch aufwändiger als in standardmäßig genutzten Ionenspezies. Das Problem des Kühlens und der Detektion kann durch einen Quanten-logik Ansatz gelöst werden. Dabei wird zusätzlich zu dem komplexen Ion, ein gut kontrollierbares (Logik-) Ion gefangen. Beide Ionen interagieren durch die Coulomb Wechselwirkung, wodurch sympathetisches Kühlen ermöglicht wird. Beide Ionen teilen sich den Bewegungszustand und dieser kann benutzt werden, um Informationen über das komplexe Ion, auf das Logik Ion zu übertragen. Dadurch ist es möglich die Information auszulesen. In dieser Arbeit wurde Quanten logik benutzt, um die Zeeman Niveau Aufspaltung in 48Ti+ zu messen und um den Grundzustand in 48Ti+ in einem Zeeman Niveau zu präparieren. Um dies zu erreichen, wurde ein auf 40Ca+ Ionen basierendes Experiment aufgebaut und charakterisiert. Eine neue Methode zur Präparation von Zwei-Ionen-Kristallen, bestehend aus zwei Ionen Spezies wurde entwickelt und evaluiert. Diese Methode vereinfacht und verbessert die Präparation solcher Kristalle. Der Startpunkt der Methode ist ein Multi-Ionen-Kristall, bestehend aus zwei Ionenspezies, bei der eine Spezies direkt lasergekühlt werden kann und die andere Spezies nur sympathetisch gekühlt wird. Dieser Kristall wird zu einem Zwei-Ionen, Zwei-Spezies Kristall reduziert. Dies geschieht indem er iterativ in zwei Hälften geteilt wird, die Konstituenten beider Kristall-Teile werden detektiert und der Teil-Kristall der näher an der gewünschten Zwei-Spezies, Zwei-Ionen Konfiguration ist, bleibt gefangen, während der andere Teil aus der Falle entfernt wird. Mit dieser Methode konnten 40Ca+-48Ti+ Kristalle präpariert werden. Mit Hilfe von Quanten logik und einem weit verstimmten Raman Lasersystem bei 532 nm wurde die Zeeman Niveau Aufspaltung in 48Ti+ gemessen. Außerdem wurde Zustandspräparation von 48Ti+ demonstriert. Aufbauend auf diesen
Fähigkeiten, wird der Weg zu hoch präziser Mikrowellen-Spektroskopie in 48Ti+ aufgezeigt. Ein weit verstimmter Raman Laser kann bei vielen verschiedenen
Ionen zum Einsatz kommen, da seine Benutzung nicht stark von der genauen
Niveaustruktur des Ions abhängt. Zum Beispiel kann solch ein System genutzt
werden um Moleküle zu erforschen, wie bereits in Referenz [29] gezeigt wurde.
Das Ziel des hier aufgebauten Experiments ist es 24MgH+ zu untersuchen. Um
dieses Ziel zu erreichen, wurde eine neue, einfache Art der Molekülerzeugung
erfolgreich getestet.- Organisationseinheit(en)
-
Institut für Quantenoptik
QUEST Leibniz Forschungsschule
- Typ
- Dissertation
- Anzahl der Seiten
- 182
- Publikationsdatum
- 02.06.2025
- Publikationsstatus
- Veröffentlicht
- Elektronische Version(en)
-
https://doi.org/10.15488/19059 (Zugang:
Offen)
