$^{40}$Ca$^+$在Penning阱中高效三维亚子速率冷却

我们演示了在磁场为0.91 T的紧凑型Penning阱中对 $^{40}$Ca$^+$离子进行高效的亚子速率激光冷却。通过对用于初始亚速率激光冷却操作的相同激光束进行频率偏移，以产生狭窄的两光子暗共振。该过程实现了1/e冷却时间常数为108(8) $\mu$s，最终将平均热轴模占据数从72(23)降低到1.5(3)，测量于800 $\mu$s。对阱电极施加参数驱动，使轴向模占据与每个径向模占据相互准直交换，从而仅使用轴向传播激光束实现三维亚子速率冷却。该亚子速率冷却在轴向振荡频率为$\omega_z = 2\pi~\times~$221 kHz时实现，将运动置于Lamb Dicke约束 regime之外，即在亚速率冷却极限。我们测量的冷却速率和最终模占据与采用 Lindblad主方程解处理离子-光子相互作用并结合经典谐振子运动的半经典模型结果良好一致。