In this article, we describe the design, construction, and implementation of our ion-atom hybrid system incorporating a high resolution time of flight mass spectrometer (TOFMS). Potassium atoms (39K) in a magneto optical trap and laser cooled calcium ions (40Ca+) in a linear Paul trap are spatially overlapped, and the combined trap is integrated with a TOFMS for radial extraction and detection of reaction products. We also present some experimental results showing interactions between 39K+ and 39K, 40Ca+ and 39K+, as well as 40Ca+ and 39K pairs. Finally, we discuss prospects for cooling CaH+ molecular ions in the hybrid ion-atom system.
REFERENCES
1.
A. T.
Grier
, M.
Cetina
, F.
Oručević
, and V.
Vuletić
, Phys. Rev. Lett.
102
, 223201
(2009
).2.
C.
Zipkes
, S.
Palzer
, C.
Sias
, and M.
Köhl
, Nature
464
, 388
(2010
).3.
S.
Schmid
, A.
Härter
, and J. H.
Denschlag
, Phys. Rev. Lett.
105
, 133202
(2010
).4.
F. H. J.
Hall
, M.
Aymar
, N.
Bouloufa-Maafa
, O.
Dulieu
, and S.
Willitsch
, Phys. Rev. Lett.
107
, 243202
(2011
).5.
W. G.
Rellergert
, S. T.
Sullivan
, S.
Kotochigova
, A.
Petrov
, K.
Chen
, S. J.
Schowalter
, and E. R.
Hudson
, Phys. Rev. Lett.
107
, 243201
(2011
).6.
A.
Härter
, A.
Krükow
, A.
Brunner
, W.
Schnitzler
, S.
Schmid
, and J. H.
Denschlag
, Phys. Rev. Lett.
109
, 123201
(2012
).7.
K.
Ravi
, S.
Lee
, A.
Sharma
, G.
Werth
, and S. A.
Rangwala
, Nat. Commun.
3
, 1126
(2012
).8.
I.
Sivarajah
, D. S.
Goodman
, J. E.
Wells
, F. A.
Narducci
, and W. W.
Smith
, Phys. Rev. A
86
, 063419
(2012
).9.
T.
Ray
, S.
Jyothi
, N. B.
Ram
, and S. A.
Rangwala
, Appl. Phys. B
114
, 267
(2014
).10.
S.
Haze
, R.
Saito
, M.
Fujinaga
, and T.
Mukaiyama
, Phys. Rev. A
91
, 032709
(2015
).11.
Z.
Meir
, T.
Sikorsky
, R.
Ben-shlomi
, N.
Akerman
, Y.
Dallal
, and R.
Ozeri
, Phys. Rev. Lett.
117
, 243401
(2016
).12.
F. H. J.
Hall
and S.
Willitsch
, Phys. Rev. Lett.
109
, 233202
(2012
).13.
J.
Deiglmayr
, A.
Göritz
, T.
Best
, M.
Weidemüller
, and R.
Wester
, Phys. Rev. A
86
, 043438
(2012
).14.
W. G.
Rellergert
, S. T.
Sullivan
, S. J.
Schowalter
, S.
Kotochigova
, K.
Chen
, and E. R.
Hudson
, Nature
495
, 490
(2013
).15.
J. M.
Kwolek
, D. S.
Goodman
, B.
Slayton
, R.
Blümel
, J. E.
Wells
, F. A.
Narducci
, and W. W.
Smith
, Phys. Rev. A
99
, 052703
(2019
).16.
P.
Eberle
, A. D.
Dörfler
, C.
von Planta
, K.
Ravi
, and S.
Willitsch
, ChemPhysChem
17
, 3769
(2016
).17.
R.
Saito
, S.
Haze
, M.
Sasakawa
, R.
Nakai
, M.
Raoult
, H.
Da Silva
, O.
Dulieu
, and T.
Mukaiyama
, Phys. Rev. A
95
, 032709
(2017
).18.
P.
Puri
, M.
Mills
, E. P.
West
, C.
Schneider
, and E. R.
Hudson
, Rev. Sci. Instrum.
89
, 083112
(2018
).19.
J.
Joger
, H.
Fürst
, N.
Ewald
, T.
Feldker
, M.
Tomza
, and R.
Gerritsma
, Phys. Rev. A
96
, 030703
(2017
).20.
T.
Sikorsky
, Z.
Meir
, R.
Ben-shlomi
, N.
Akerman
, and R.
Ozeri
, Nat. Commun.
9
, 920
(2018
).21.
E.
Hudson
, EPJ Tech. Instrum.
3
, 8
(2016
).22.
S.
Schiller
and V.
Korobov
, Phys. Rev. A
71
, 032505
(2005
).23.
W. B.
Cairncross
, D. N.
Gresh
, M.
Grau
, K. C.
Cossel
, T. S.
Roussy
, Y.
Ni
, Y.
Zhou
, J.
Ye
, and E. A.
Cornell
, Phys. Rev. Lett.
119
, 153001
(2017
).24.
M. G.
Kozlov
and L. N.
Labzowsky
, J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
28
, 1933
–1961
(1995
).25.
N.
Kimura
, K.
Okada
, T.
Takayanagi
, M.
Wada
, S.
Ohtani
, and H. A.
Schuessler
, Phys. Rev. A
83
, 033422
(2011
).26.
R.
Rugango
, J. E.
Goeders
, T. H.
Dixon
, J. M.
Gray
, N. B.
Khanyile
, G.
Shu
, R. J.
Clark
, and K. R.
Brown
, New J. Phys.
17
, 035009
(2015
).27.
A. K.
Hansen
, O. O.
Versolato
, L.
Klosowski
, S. B.
Kristensen
, A.
Gingell
, M.
Schwarz
, A.
Windberger
, J.
Ullrich
, J. R. C.
López-Urrutia
, and M.
Drewsen
, Nature
508
, 76
(2014
).28.
T.
Baba
and I.
Waki
, J. Appl. Phys.
92
, 4109
–4116
(2002
).29.
B.
Roth
, P.
Blythe
, H.
Wenz
, H.
Daerr
, and S.
Schiller
, Phys. Rev. A
73
, 042712
(2006
).30.
K.
Ravi
, S.
Lee
, A.
Sharma
, G.
Werth
, and S. A.
Rangwala
, Appl. Phys. B
107
, 971
(2012
).31.
C. M.
Seck
, E. G.
Hohenstein
, C.-Y.
Lien
, P. R.
Stollenwerk
, and B. C.
Odom
, J. Mol. Spectrosc.
300
, 108
–111
(2014
).32.
S. J.
Schowalter
, K.
Chen
, W. G.
Rellergert
, S. T.
Sullivan
, and E. R.
Hudson
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 043103
(2012
).33.
K. A. E.
Meyer
, L. L.
Pollum
, L. S.
Petralia
, A.
Tauschinsky
, C. J.
Rennick
, T. P.
Softley
, and B. R.
Heazlewood
, J. Phys. Chem. A
119
, 12449
–12456
(2015
).34.
S.
Jyothi
, T.
Ray
, and S. A.
Rangwala
, Appl. Phys. B
118
, 131
(2015
).35.
N.
Deb
, L. L.
Pollum
, A. D.
Smith
, M.
Keller
, C. J.
Rennick
, B. R.
Heazlewood
, and T. P.
Softley
, Phys. Rev. A
91
, 033408
(2015
).36.
D.
Rösch
, H.
Gao
, A.
Kilaj
, and S.
Willitsch
, EPJ Tech. Instrum.
3
, 5
(2016
).37.
P. C.
Schmid
, J.
Greenberg
, M. I.
Miller
, K.
Loeffler
, and H. J.
Lewandowski
, Rev. Sci. Instrum.
88
, 123107
(2017
).38.
C.
Schneider
, S. J.
Schowalter
, K.
Chen
, S. T.
Sullivan
, and E. R.
Hudson
, Phys. Rev. Appl.
2
, 034013
(2014
).39.
D. M.
Lucas
, A.
Ramos
, J. P.
Home
, M. J.
McDonnell
, S.
Nakayama
, J.-P.
Stacey
, S. C.
Webster
, D. N.
Stacey
, and A. M.
Steane
, Phys. Rev. A
69
, 012711
(2004
).40.
S.
Bourdeauducq
, whitequark, R.
Jördens
, Y.
Sionneau
, enjoy digital, cjbe, D.
Nadlinger
, hartytp, JBoulder, D.
Slichter
, Drew, mntng, R srinivas, apatura iris, S.
Mackenzie
, Z.
Smith
, P. K, M.
Weber
, kemstevens, F.
Held
, and D.
Leibrandt
, m-labs/artiq: 4.0, 2018
.41.
F. H.
Hall
, P.
Eberle
, G.
Hegi
, M.
Raoult
, M.
Aymar
, O.
Dulieu
, and S.
Willitsch
, Mol. Phys.
111
, 2020
(2013
).42.
D. J.
Larson
, J. C.
Bergquist
, J. J.
Bollinger
, W. M.
Itano
, and D. J.
Wineland
, Phys. Rev. Lett.
57
, 70
–73
(1986
).43.
R.
Côté
and A.
Dalgarno
, Phys. Rev. A
62
, 012709
(2000
).44.
H.
Li
, S.
Jyothi
, M.
Li
, J.
Klos
, K. R.
Brown
, and S.
Kotochigovaz
, “” (unpublished).45.
S.
Kotochigova
, personal communication (2019
).46.
C.-w.
Chou
, C.
Kurz
, D. B.
Hume
, P. N.
Plessow
, D. R.
Leibrandt
, and D.
Leibfried
, Nature
545
, 203
(2017
).47.
A. T.
Calvin
, S.
Janardan
, J.
Condoluci
, R.
Rugango
, E.
Pretzsch
, G.
Shu
, and K. R.
Brown
, J. Phys. Chem. A
122
, 3177
–3181
(2018
).48.
A. T.
Calvin
and K. R.
Brown
, J. Phys. Chem. Lett.
9
, 5797
–5804
(2018
).49.
J. B.
Wübbena
, S.
Amairi
, O.
Mandel
, and P. O.
Schmidt
, Phys. Rev. A
85
, 043412
(2012
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
