Такие низкие температуры могут достигаться, если число удержанных ионов мало. В этом случае ионы могут локализоваться на оси ловушки, где они образуют линейный кристалл из нескольких ионов. Так как ионы располагаются вдоль узловых линий радиочастотного поля, то квадратичный эффект Штарка становится пренебрежимо малым.
К сожалению, стабильность частоты также уменьшается с уменьшением числа ионов. Это компенсируется уменьшением ширины сверхтонкой резонансной линии благодаря увеличению до 100 секунд времени между двумя взаимодействиями во временном методе Рэмси. Сдвиг частоты из-за столкновений с остаточными газами может быть уменьшен до минимально возможной величины путем разрежения и применения криогенной техники.
Согласно только что описанным принципам был создан и работает стандарт частоты на ионах ртути с лазерным охлаждением в NIST. Когерентное излучение на длине волны 194 нм реализуется с помощью цепи синтеза оптических частот.
Оно используется для охлаждения ионов и также для создания разности населенностей между сверхтонкими подуровнями. Ионы удерживаются в линейной радиочастотной ловушке длиной 4 мм с расстоянием между электродами около 1 мм. По опубликованным рабочим условиям набор из семи холодных ионов образует линейный кристалл вдоль оси ловушки. Ловушка расположена в объеме, охлаждаемом до температуры жидкого гелия. Часовой переход реализуется с помощью временного метода Рэмси.
Во время одного элементарного цикла работы ионы сначала в течение 300 мс охлаждаются. Затем они подвергаются оптической накачке для заселения уровня основного состояния. Свет выключается и осуществляется СВЧ взаимодействие по временному методу Рэмси. Для этого применяются два импульса на частоте 40,5… ГГц с длительностью по 250 мс и временным разделением между ними до 100 секунд. Затем оптическим способом детектируется часовой переход. Управление частотой кварцевого генератора очень похоже на управление, используемое в атомных фонтанах. Улучшение характеристик ожидается путем увеличения числа удержанных ионов или их подготовкой в специальных квантовых состояниях.