光鐘是利用原子的光學躍遷為參考的原子鐘，光鐘的發展關系到國家計量標準、國家信息和國防建設等重大國家需求。光鐘除了在時間基準方面的應用，在基礎物理前沿領域研究中也有著廣泛的應用，如驗證精細結構常數a隨時間的變化、尋找暗物質和探測引力波等。2010年以來，國際上Derevianko等人在理論上指出高離化態離子（HCI）適合研制不確定度達到10-19甚至更低的光鐘，而且對a常數變化比現有光鐘體系更加靈敏。因此，利用HCI光鐘進行a常數隨時間變化的檢驗有著非常特殊的優勢。
2015年，德國馬普研究所的Crespo López-Urrutia研究組和德國PTB的Schmidt研究組合作，率先開展了基于Ar13+的HCI光鐘的研究，目前已經實現了Ar13+的協同冷卻，正在進行邏輯光譜的研究。
雖然國外已經在HCI光鐘研究方面取得了很大進展，但目前國際上尚未實現HCI光鐘的鎖定。中科院武漢物數所、物理所和復旦大學抓住這個新機遇，及時開展了HCI光鐘的理論和實驗研究，力爭在這一領域有所作為。
理論上，中科院物理所分析了含58Ni12+和61Ni15+等HCI離子的躍遷波長和能級壽命等信息。研究表明這些HCI離子非常適合研制不確定度達10-19甚至更小的光鐘。
實驗上，要實現HCI光鐘，首先需要實現HCI離子的穩定產生裝置。為此，中科院武漢物數所與復旦大學合作，通過兩年的攻關，成功研制了一臺小型高溫超導電子束離子阱（SW-EBIT），并以鎢HCI離子為例進行了HCI離子產生、引出、電離態分析以及光譜分析等測試。測試結果表明，該EBIT具備產生并引出上述HCI光鐘候選離子能力，可以作為HCI光鐘所需的離子源。該工作于9月3日發表在《科學儀器評論》（Review of Scientific Instruments）雜志上
以上工作是HCI光鐘研制中非常關鍵的步驟，為后續開展HCI離子的減速、協同冷卻等研究打下了堅實的基礎。
以上工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項（B類）-基于原子的精密測量物理的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1063/1.5112154
