German Title: Bestimmung elektronischer Energieniveaus der 4f-Unterschale hochgeladenen Bleis und der 5d-Unterschale hoch geladenen Bismuts mit optischer Spektroskopie unterstützt durch Atomstrukturberechnungen

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Abstract

fine-structure transitions shift from the infrared to the optical range. The electronic states in nd and nf subshells cover a variety of different total angular momenta, potentially featuring higher-order multipole clock transitions. By utilising laser-induced ablation inside an electron beam ion trap (EBIT), restrictions on elements applicable as HCIs for optical spectroscopy have been lifted. Optical spectra of Pb21+ to Pb33+ and Bi9+ to Bi14+ were recorded with high resolution thanks to a newly developed algorithm to correct for thermal drifts. These were compared to dedicated atomic structure calculations. Information about the level structure of 4f3 to 5s24f13 in lead and 5d1 to 5d6 in bismuth were inferred. The presented level structure determinations are valuable as a benchmark for atomic structure calculations and are an essential step towards vacuum-ultraviolet spectroscopy in the search for higher-order optical clock transitions in the examined ions.

Translation of abstract (German)

Feinstrukturübergänge der selben Konfiguration vom infraroten in den optische Bereich. Die elektronischen Zustände der nd und nf Unterschale decken eine Vielzahl veschiedener Gesamtdrehimpulse ab, möglicherweise mit Uhrenübergängen höherer Multipolordnung. Durch laserinduzierte Ablation innerhalb einer Elektronenstrahlionenfalle (EBIT) wurden Beschränkungen auf die Elemente, die als HCI für optische Spektroskopie zur Verfügung stehen, aufgehoben. Optische Spektren von Pb21+ bis Pb33+ sowie Bi9+ bis Bi14+ wurden, dank eines neu entwickelten Algorithmus zur Korrektur thermischer Verschiebungen, mit hoher Auflösung aufgenommen und mit dafür vorgesehen Atomstrukturberechnungen verglichen. Informationen über die Levelstruktur von 4f3 bis 5s2 4f13 in Blei, sowie 5d1 bis 5d6 in Bismuth, wurden gewonnen. Die vorgelegten Levelstrukturbestimmungen sind nützliche Vergleichsgrößen für Atomstrukturberechnungen und sinde in wichtiger Schritt in Richtung Spektroskopie der Vakuumultraviolettstrahlung der untersuchten Ionen auf der Suche nach optischen Uhrenübergängen.