光钟是利用原子的光学跃迁为参考的原子钟，光钟的发展关系到国家计量标准、国家信息和国防建设等重大国家需求。光钟除了在时间基准方面的应用，在基础物理前沿领域研究中也有着广泛的应用，如验证精细结构常数a随时间的变化、寻找暗物质和探测引力波等。2010年以来，国际上Derevianko等人在理论上指出高离化态离子（HCI）适合研制不确定度达到10-19甚至更低的光钟，而且对a常数变化比现有光钟体系更加灵敏。因此，利用HCI光钟进行a常数随时间变化的检验有着非常特殊的优势。
2015年，德国马普研究所的Crespo López-Urrutia研究组和德国PTB的Schmidt研究组合作，率先开展了基于Ar13+的HCI光钟的研究，目前已经实现了Ar13+的协同冷却，正在进行逻辑光谱的研究。
虽然国外已经在HCI光钟研究方面取得了很大进展，但目前国际上尚未实现HCI光钟的锁定。中科院武汉物数所、物理所和复旦大学抓住这个新机遇，及时开展了HCI光钟的理论和实验研究，力争在这一领域有所作为。
理论上，中科院物理所分析了含58Ni12+和61Ni15+等HCI离子的跃迁波长和能级寿命等信息。研究表明这些HCI离子非常适合研制不确定度达10-19甚至更小的光钟。
实验上，要实现HCI光钟，首先需要实现HCI离子的稳定产生装置。为此，中科院武汉物数所与复旦大学合作，通过两年的攻关，成功研制了一台小型高温超导电子束离子阱（SW-EBIT），并以钨HCI离子为例进行了HCI离子产生、引出、电离态分析以及光谱分析等测试。测试结果表明，该EBIT具备产生并引出上述HCI光钟候选离子能力，可以作为HCI光钟所需的离子源。该工作于9月3日发表在《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments）杂志上
以上工作是HCI光钟研制中非常关键的步骤，为后续开展HCI离子的减速、协同冷却等研究打下了坚实的基础。
以上工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）-基于原子的精密测量物理的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1063/1.5112154
