铥原子内壳层磁偶极跃迁作为光晶格钟候选

我们考虑 $^{169}$Tm 原子在 $1.14\,\mu$m 波长处的一个窄磁偶极跃迁作为二维光晶格钟的候选。通过计算两个时钟能级 $[\text{Xe}]4f^{13}6s^2 (J=7/2)$ 和 $[\text{Xe}]4f^{13}6s^2 (J=5/2)$ 在 $250\,$nm 至 $1200\,$nm 光谱范围内的动态极化率，我们提出了光晶格的“魔法”波长位于 $807\,$nm。计算了由黑体辐射（BBR）、范德瓦尔斯相互作用、磁偶极-偶极相互作用以及其他可能扰动跃迁频率的效应引起的频率偏移。在 $1.14\,\mu$m 处的跃迁对 BBR 偏移表现出低灵敏度，在室温下对应分数单位 $8\times10^{-17}$，这使其成为高性能光学钟的有趣候选。总估计频率不确定度小于分数单位 $5 \times 10^{-18}$。通过直接激发装载在光偶极阱中的 Tm 原子的 $1.14\,\mu$m 跃迁，我们设定了上时钟能级 $[\text{Xe}]4f^{13}6s^2 (J=5/2)$ 寿命的下限为 $112\,$ms，对应自然谱线宽小于 $1.4\,$Hz。Tm 基态的极化率通过激发光偶极阱中 $532\,$nm 处的参量共振测得。