Doktorandin / Doktorand (m/w/d) Physik (25-226-4B)

English version below

Messkunst „Made in Germany" – dafür stehen die ca. 2.100 Mitarbeitenden der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Als nationales Metrologieinstitut und führende Forschungseinrichtung entwickeln wir in einem internationalen Arbeitsumfeld weltweit führende Standards für das Messen. So sorgen wir dafür, dass Menschen und Organisationen Messungen vertrauen können.

In Braunschweig suchen wir Sie für den Fachbereich 4.4 „Zeit und Frequenz“ als:

Doktorandin / Doktorand (m/w/d)
Physik
Entgeltgruppe 13 TVöD Bund ○ befristet für 3 Jahre ○ Teilzeit 33,15 Wochenstunden

Ihre Aufgaben:

In der Arbeitsgruppe 4.43 „Optische Uhren mit gespeicherten Ionen“ soll das Isotop 173Yb+ für die Verwendung in einer optischen Uhr weiterentwickelt werden. Diese Untersuchungen bauen auf die seit vielen Jahren sehr erfolgreiche Arbeit mit dem Isotop 171Yb+ auf. Für 173Yb+ wird aufgrund der Struktur des Atomkerns eine stärkere Kopplung für den Uhrenübergang erwartet, was für die optische Uhr vorteilhaft wäre. Andererseits erzeugt der größere Kernspin auch zusätzliche Anforderungen für eine effiziente Kühlung und Zustandspräparation. Sie unterstützen uns mit folgenden Tätigkeiten:

• Automatisierung des Uhrenbetriebs für die beiden Uhrenübergänge von 173Yb+
• Untersuchung der Verbesserung der Stabilität durch gleichzeitige Abfrage mehrerer Ionen, auch unter Nutzung von Verschränkung
• Entwicklung von Protokollen zur Untersuchung und Nutzung der Hyperfein-Übergänge von 173Yb+ Ionen
• Bestimmung systematischer Frequenzverschiebungen für beide Uhrenübergänge inkl. Aufstellen eines Unsicherheitsbudgets
• Erweiterung der existierenden Python-basierten Experimentsteuerung mit ARTIQ
• Erweiterung existierender Laseraufbauten
• Durchführung, Auswertung und Analyse von Vergleichsmessungen mit anderen optischen Uhren zur Verifikation der evaluierten Unsicherheit sowie zur Suche nach Verletzungen des Äquivalenzprinzips und anderer Effekte jenseits des Standardmodells
• Präsentation der Forschungsergebnisse auf internationalen Konferenzen und durch Veröffentlichung in wissenschaftlichen Zeitschriften

Ihr Profil:

• Hochschulstudium (Diplom/Master) der Fachrichtung Physik mit „sehr gutem“ Abschluss
• Kenntnisse und Erfahrungen auf folgenden Gebieten sind von Vorteil: Atomphysik, Atom-Licht Wechselwirkung, Laserkühlung von Atomen, Laserspektroskopie, experimentelle Optik, automatisierte Datenerfassung, Elektronik, Programmierung
• Starkes Interesse an experimentellen Tätigkeiten sowie experimentelles Geschick
• Hohes Engagement sowie eigenverantwortliches Arbeiten
• Ausgeprägte Team- und Kommunikationsfähigkeit
• Englischkenntnisse (C1-Niveau), Deutschkenntnisse sind von Vorteil
• Bereitschaft zu Dienstreisen im In- und Ausland

Wir bieten:

Sie forschen in einem international renommierten Team an der technologischen Spitze der Präzisionsmetrologie, indem Sie neuartige Uhrenübergänge von ¹⁷³Yb⁺ erforschen, experimentelle Systeme automatisieren und innovative Methoden, wie Mehrionen-Abfragen und Verschränkung, für die nächste Generation optischer Uhren entwickeln. Dabei profitieren Sie von der hervorragenden Infrastruktur der PTB und der direkten Promotionsbetreuung durch eine Betreuungsperson der PTB. Zudem müssen Sie keine Lehre übernehmen, sondern können sich vollkommen auf Ihre Promotion fokussieren. Unser Promovierendenprogramm bietet zusätzlich die Möglichkeit, sich untereinander sowie national und international u. a. auf wissenschaftlichen Konferenzen zu vernetzen.

Eine Übersicht unserer weiteren Benefits finden Sie auf unserer Karriereseite.

Das ist uns wichtig:

Die PTB fördert die Gleichstellung von Frauen und Männern und ist besonders an der Bewerbung von Frauen interessiert. Gleichzeitig sind wir bestrebt, die gesellschaftliche Vielfalt widerzuspiegeln. Daher ist jede Bewerbung, unabhängig von ihrem Geschlecht, ihrer kulturellen oder sozialen Herkunft, Religion, Weltanschauung oder sexuellen Identität herzlich willkommen. Schwerbehinderte oder ihnen gleichgestellte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt berücksichtigt.

Ihre Bewerbung:

Fachliche Fragen zu dieser Position beantworten Ihnen im Fachbereich 4.4:
Dr. Nils Huntemann, Tel.: 0531 592-4430, E-Mail: nils.huntemann@ptb.de.

Wir freuen uns auf Ihre Online-Bewerbung bis zum 6. Januar 2026 unter der Kennziffer 25-226-4B. Bitte nutzen Sie dafür den Button „ONLINE-BEWERBEN“ – dieser führt Sie direkt zu unserem Bewerbungsportal, wo Sie Ihre Unterlagen (Lebenslauf, Zeugnisse, Anschreiben) hochladen können. Bewerbungen per E-Mail können wir nicht berücksichtigen. Mit Ihrer Bewerbung akzeptieren Sie die Datenschutzbestimmungen.

English version

The art of measurement — made in Germany. Striving to perfect it is the mission of the 2,100 employees of PTB, the Physikalisch-Technische Bundesanstalt. As Germany’s national metrology institute and a leading center of research, we operate in an international environment to develop world-class measurement standards. We at PTB work to ensure that people and organizations can trust the measurements they use.

At our Braunschweig site, we are looking to fill the following position in Department 4.4 (Time and Frequency):

Doctoral candidate
in physics
Remuneration Group 13 TVöD Bund ○ Three-year fixed term ○ Part-time (33.15 hours/week)

Your tasks:

Working Group 4.43 (Optical Clocks with Trapped Ions) has the task to further develop the 173Yb+ isotope for use in an optical clock. These investigations are building on the many years of successful work with the 171Yb+ isotope. Due to the structure of the atomic nucleus of 173Yb+, stronger coupling is expected for the block transition, which would have advantages for the optical clock. However, the larger nuclear spin also entails additional requirements for efficient cooling and state preparation. You will support us by performing the following activities: 

• Automating clock operation for the two clock transitions of 173Yb+
• Investigating stability improvement by simultaneously interrogating multiple ions by various means, including entanglement
• Developing protocols for investigating and using the hyperfine transitions of 173Yb+ ions
• Determining systematic frequency shifts for the two clock transitions and drawing up an uncertainty budget
• Expanding the existing Python-based experimental control system with ARTIQ
• Enhancing existing laser setups
• Performing, evaluating, and analyzing comparison measurements with other optical clocks to verify the systematic uncertainties and to identify violations of the equivalence principle and other effects beyond the standard model
• Presenting the research results at international conferences and in scientific journals

Your profile:

• You have completed your university studies (master’s degree or German Diplom) in physics with an overall grade of “very good” or the equivalent for non-German degrees.
• You ideally possess knowledge and experience in the following fields: atomic physics, atom-light interaction, laser cooling of atoms, laser spectroscopy, experimental optics, automated data acquisition, electronics and programming.
• You are highly interested in experimental work and have strong experimental skills.
• You are highly committed and capable of working independently
• You are a strong team player with excellent communication skills.
• You have achieved C1 level in English. German language skills would be an advantage.
• You are willing to travel for work both in Germany and abroad.

We offer:

You can find an overview of our benefits on our careers page.

This is important to us:

PTB promotes gender equality and strongly encourages applications from female candidates. At the same time, we strive to reflect the diversity of our society. We therefore welcome every application submitted, regardless of the candidate’s gender, cultural or social background, religion, ideology or sexual identity. If equally suited to the position, disabled persons or persons having equivalent status under German law will be given preference.

Your application:

For subject-related questions concerning this position, please contact Department 4.4:
Dr. Nils Huntemann, phone: +49 531 592-4430, email: nils.huntemann@ptb.de.

We look forward to receiving your application by 6 January 2026 under Ref. No. 25-226-4B. Please click on the following button: ONLINE BEWERBEN. This will directly lead you to our application portal where you can upload your documents (CV, certificates, Cover letter). Unfortunately, we cannot accept applications sent via email. With your application you accept the data protection regulations.