单离子库作为电信号的高灵敏度传感器

一个单离子库已被测试并表征，以用作到达囚禁电极的电信号的高灵敏度光学探测器。我们的系统由存储在具有旋转对称性的保罗阱中的单个激光冷却的$^{40}$Ca$^+$离子组成。通过离子的轴向运动观察性能，该运动等效于一个欠阻尼受迫振荡器。因此，结果也可推广到彭宁阱。我们发现，对于在受迫频率范围$\omega_z =2\pi \times (80,200$~kHz)内离子振荡器温度$T_{\scriptsize{\rm axial}}\lesssim 10$~mK，在测得品质因数$Q=3875(45)$和衰减时间常数$\gamma_z=88(2)$~s$^{-1}$的情况下，该库对等效于$5.3(2)$~neV/$\mu$m电场力的时变电场敏感。该方法可用于在数十毫秒时间内光学测量此频率范围内振荡电场或感应（驱动）电荷的强度。此外，通过测量离子位移，已证明离子库对静电力敏感。由于加热速率低于$0.3$~$\mu$eV/s，该库可用作存储在相邻阱中的任何离子或带电粒子束的光学探测器。