Daniel Rodríguez Rubiales
Investigador principal de la unidad
danielrodriguez@ugr.es
Entre los colaboradores activos del laboratorio están la división de iones superpesados del GSI de Darmstadt en Alemania (instalación SHIPTRAP) y el Real Observatorio de la Armada en San Fernando, donde se está construyendo un reloj óptico basado en átomos de estroncio. Colabora con grupos teóricos españoles, como el grupo QUINFOG del Instituto de Física Fundamental del CSIC y el grupo de tecnologías Cuánticas de la Universidad Politécnica de Cartagena.
Además de la singularidad por la investigación, el laboratorio tiene un importante componente formativo en dos másteres oficiales, el Máster en Física de la Universidad de Granada y el Máster Interuniversitario en Tecnologías Cuánticas.
Actualmente hay dos plataformas en funcionamiento: Una línea de trampas Penning y una trampa de Paul lineal. La línea de investigación más relevante es Quantum Mass Spectrometry [Europhysics Letters-Perspective 134, 38001 (2021)] con torio, dado que este elemento tiene un isótopo propuesto como reloj nuclear. En septiembre de 2018 se observó en el laboratorio la primera prueba de enfriamiento Doppler de iones de 40Ca+ en la trampa Penning de 7 T [New Journal of Physics 21, 023023 (2019)]. En 2021, se generaron los primeros cristales de Coulomb de iones 40Ca+–40Ca+ Penning trap [Physical Review A 105, 052603 (2022)]. En octubre de 2022 se llevaron a cabo las primeras medidas más relevantes de utilizar el ion de 40Ca+ como sensor [Physical Review Research 6, L012001 (2024)]. En noviembre de 2022, se pudieron observar y sondear los cristales 42Ca+–40Ca+ [Physical Review A 110, 063107 (2024)] y de 232Th+ – 40Ca+ y 232ThO2+ – 40Ca+ (esto último sin publicar a la espera de completar unas medidas). Se encontró la necesidad de optimizar y caracterizar el proceso de enfriamiento simpatético hasta el límite Doppler y hasta el estado fundamental, este último para comenzar a realizar medidas de naturaleza cuántica cuyos resultados mejoren los obtenidos con otros métodos. Llegar al régimen cuántico permitirá conseguir la más alta sensibilidad y universalidad de la técnica, esto es, que sea aplicable a cualquier ion independientemente de su masa, algo que no es posible en trampas de radiofrecuencia ni en trampas Penning utilizando otras técnicas.
En diciembre de 2022 comienza una remodelación importante del laboratorio con el cambio del imán superconductor (que probee el campo magnético de 7 T para la trampa Penning), por uno libre de helio y nitrógeno líquido. Esto conlleva obras y equipos adicionales, llegando en julio de 2024 a las condiciones del experimento antes de la remodelación y a la reanudación de los experimentos con cristales de 232Th+ – 40Ca+.
Con el fin de llevar a cabo experimentos de naturaleza cuántica, entre 2021 y 2023, se ponen a punto dos láseres acoplados a cavidades de alta fineza, para conseguir un ancho de línea estrecho para la transición S1/2àD5/2 llamada de reloj o qubit en 40Ca+ (ion sensor), enfriar hasta el estado cero de energía dicho ion y realizar experimentos de naturaleza cuántica.
Otra línea de investigación del laboratorio es la detección no destructiva de iones atrapados utilizando resonadores de cuarzo, que ha implicado desarrollos de amplificadores para la detección no destructiva de iones atrapados en España, con una empresa spin-off de la UGR, mejorados en 2018 durante una estancia de Daniel Rodríguez como profesor visitante en JGU Mainz. El fundamento de la técnica, conocida como Fourier-Transform Ion-Cyclotron-Resonance Mass-Spectrometry (FT-ICR MS), tiene su origen en química, donde no se requiere ultra-alta precisión. En estos casos se trata de determinar las masas de iones moleculares que aparecen al analizar muestras de interés, por ejemplo, en biofarmacia, o en la química del petróleo. En noviembre de 2018, el grupo del Laboratorio observó la primera señal de iones atrapados en la trampa Penning de 7 tesla de la UGR [Review of Scientific Instruments 90, 063202 (2019)], utilizando por primera vez un resonador de cuarzo en lugar de una bobina helicoidal superconductora. En 2021 se publicó el primer acoplamiento entre un resonador de cuarzo e iones atrapados [Quantum Science and Technology 6, 044002 (2021)]. En 2023, partiendo de estas medidas, el grupo, en colaboración con un grupo teórico, publicó la interacción entre los iones atrapados y el resonador de cuarzo describiéndola con un modelo de osciladores cuánticos acoplados [Physical Review A 107, 053116 (2023)].
La Trampa de Paul lineal se construyó inicialmente como banco de pruebas de la trampa Penning de 7 tesla en el marco de trabajos de fin de máster y para comenzar a llevar a cabo experimentos sencillos de naturaleza cuántica. Actualmente se puede visualizar cristales de iones enfriados hasta el límite Doppler y se han realizado medidas de identificación utilizando la señal de fotones del ion sensor [Physical Review Research 6, 043255 (2024)]. Se han llevado a cabo experimentos de naturaleza cuántica para medir frecuencias propias de modos de cristales de Coulomb híbridos de dos iones, cuya publicación se está preparando.