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Stability of a trapped-atom clock on a chip

Authors :
Vincent Dugrain
R. Szmuk
W. Maineult
Peter Rosenbusch
Jakob Reichel
Systèmes de Référence Temps Espace (SYRTE)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Kastler Brossel (LKB (Jussieu))
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Kastler Brossel (LKB (Lhomond))
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Physical Review A, Physical Review A, American Physical Society, 2015, 92 (1), pp.012106. ⟨10.1103/PhysRevA.92.012106⟩, Physical Review A : Atomic, molecular, and optical physics [1990-2015], Physical Review A : Atomic, molecular, and optical physics [1990-2015], 2015, 92 (1), pp.012106. ⟨10.1103/PhysRevA.92.012106⟩
Publication Year :
2015
Publisher :
American Physical Society (APS), 2015.

Abstract

We present a compact atomic clock interrogating ultracold 87Rb magnetically trapped on an atom chip. Very long coherence times sustained by spin self-rephasing allow us to interrogate the atomic transition with 85% contrast at 5 s Ramsey time. The clock exhibits a fractional frequency stability of $5.8\times 10^{-13}$ at 1 s and is likely to integrate into the $1\times10^{-15}$ range in less than a day. A detailed analysis of 7 noise sources explains the measured frequency stability. Fluctuations in the atom temperature (0.4 nK shot-to-shot) and in the offset magnetic field ($5\times10^{-6}$ relative fluctuations shot-to-shot) are the main noise sources together with the local oscillator, which is degraded by the 30% duty cycle. The analysis suggests technical improvements to be implemented in a future second generation set-up. The results demonstrate the remarkable degree of technical control that can be reached in an atom chip experiment.<br />12 pages, 11 figures

Details

ISSN :
10941622 and 10502947
Volume :
92
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review A
Accession number :
edsair.doi.dedup.....8d95623a5ad46521e6ac8104d38bb934
Full Text :
https://doi.org/10.1103/physreva.92.012106