Probe-assisted Depopulation Pumping in Low-pressure Alkali-metal Vapor Cells for Magnetometry
National Security Institute, Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学国家安全研究所）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
本研究通过低气压碱金属蒸气细胞结合探针调谐技术，实现高灵敏度磁力计，展示出18 fT/$\sqrt{\text{Hz}}$的自由预cession灵敏度和12 fT/$\sqrt{\text{Hz}}$的射频灵敏度。
2026-02-11 physics.atom-ph
Magnetometry with millimeter-scale anti-relaxation-coated alkali-metal vapor cells
在直径为3mm、内壁涂有石蜡的铯金属球形玻璃池中，观察和研究了频率和振幅调制激光的动态非线性磁光旋转信号。已经观察到$γ/(2π)\approx 20 $ Hz和更低的固有塞曼弛豫速率。讨论了毫米级涂层电池在便携式磁强计和二次频率基准中的应用前景。
2005-11-01 physics.atom-ph physics.optics
Miniature biplanar coils for alkali-metal-vapor magnetometry
原子自旋传感器使用紧凑的微加工封装提供精确测量，使其在市场和研究应用中处于竞争地位。通过磁场控制可以增强这些传感器的性能，例如动态范围。在这项工作中，我们讨论了微型线圈的三维，局部磁场控制的传感器周围直接放置的设计，作为一个灵活和紧凑的替代以前使用的全球方法。线圈设计的双平面表面上使用流函数的方法，然后使用标准的印刷电路技术制造。应用到实验室规模的光泵磁力计的灵敏度约为20 fT/Hz $^{1/2}$。我们还展示了线圈组测量$7 \times 17 \times 17$ mm $^3$的性能，该线圈组专门针对脑磁图进行了优化，其中多个传感器彼此靠近操作。使用$^{87}$ Rb自由感应光谱和其他技术表征的场分布示出了在MEMS蒸气室的目标体积上的$>$ 96%的场均匀性，以及在距室中心20 mm处的约1%的紧凑杂散场轮廓。
2022-08-11 physics.atom-ph
Level-crossing resonances on open atomic transitions in a buffered Cs vapor cell: Linewidth narrowing, high contrast and applications to atomic magnetometry
碱金属原子蒸气中的基态汉勒效应（GSHE）是原子磁力测量中最简单、最可靠的技术之一。这种效应导致通过蒸气室传输的光波强度中的窄（亚自然宽度）共振。通常，基于GSHE的传感器在无自旋交换弛豫（SERF）机制下工作。然而，该方案需要相对高的蒸汽温度（150 ℃或更高），导致传感器头的相对大的热释放和功耗。此外，在不应用特殊措施的情况下，SERF机制显著地限制了测量的动态范围。在这里，我们研究了一个泵浦探测方案，涉及一个单一的椭圆偏振波和偏振检测技术。该波与铯D1线（894.6 nm）中的两个相邻的光学跃迁共振，这是由于它们在缓冲气体（Ne，130 Torr）存在下重叠。使用一个小的（0.1厘米$^3$）玻璃蒸气室，我们证明了观察亚自然宽度共振的可能性与高对比度的宽度比（高达45%/mG）下的低温（60 ℃）制度的操作由于一个强大的光致圆二色性。基于原子能级的$Λ$方案，我们得到了谱线形状的解析表达式。该模型揭示了由于该计划的开放性线宽变窄的效果。这一结果对于磁光原子光谱学来说是不寻常的，因为开放性通常被认为是一种不期望的效应，降低了共振特性。我们估计灵敏度为1.8 pT/ $\surd$ Hz，在光子散粒噪声极限下灵敏度为60 fT/ $\surd$ Hz。研究结果有助于GSHE共振理论的发展，并可应用于低温高灵敏度的小型化磁场传感器的开发与扩展的动态范围。
2022-05-10 physics.atom-ph
Spin-Exchange-Relaxation-Free Magnetometry Using Elliptically-Polarized Light
无自旋交换弛豫的碱金属磁力计通常在高光密度的范围内工作，这对简单有效的光泵浦和检测提出了挑战。我们描述了一个高灵敏度的Rb磁强计使用一个单一的椭圆偏振非共振激光束。光的圆形分量产生相对均匀的自旋偏振，而线性分量用于测量原子产生的旋光度。用振荡磁场调制原子自旋方向会将检测到的信号移到高频。使用光纤耦合的DFB激光器，我们实现了7 fT/ $\sqrt{% \mathrm{Hz}}$与微型$5\times5\times5$毫米Rb蒸气室的磁场灵敏度。
2009-03-13 physics.atom-ph
Investigations of optical pumping for magnetometry using an auto-locking laser system
我们研制了一种用于高精度磁力测量的多功能脉冲激光系统。该系统的工作波长可以被配置为光学泵浦诸如铷和铯的碱蒸气。该激光系统由一个自动锁定，干涉滤波器稳定，外腔二极管激光器（ECDL），锥形波导放大器，和脉冲模块。自动锁定控制器可以由未经训练的操作员使用，以相对于原子、分子和固态光谱标记库稳定激光频率。在连续波（CW）模式下，ECDL输出可以从20 mW放大到2 W。脉冲模块，其中包括一个声光调制器（AOM），可以产生脉冲的持续时间为20纳秒和几MHz的重复率。因此，该激光系统非常适合于诸如重力测量、磁力测量和差分吸收激光雷达等应用。在这项工作中，我们专注于磁强计的应用，并证明激光源是适合于光学泵浦铷蒸气。我们还描述了光抽运相关的铷D1和D2跃迁分别在795 nm和780 nm的数值模拟。这些研究是相关的新一代便携式，铷，自旋交换弛豫自由（SERF）磁力计，能够灵敏度为1 fT Hz-1/2 1的设计和建设。
2018-05-18 physics.atom-ph
Hybrid optical pumping of optically dense alkali-metal vapor without quenching gas
光学厚的原子蒸气的光学泵浦通常需要猝灭缓冲气体，例如N $_{2}$，以防止非偏振光子的辐射捕获，这将使原子去偏振。我们表明，在K金属中存在的微量污染的Rb的光泵浦的结果在4.5倍更高的K比直接光泵浦的K在没有N $_{2}$的偏振。这样的自旋交换极化转移从光学薄的物种是有用的，在各种领域，包括自旋极化核散射目标和电子束，量子非破坏自旋测量，和超灵敏磁力。
2010-09-26 physics.atom-ph
High quality anti-relaxation coating material for alkali atom vapor cells
我们提出了一个实验研究的碱原子蒸气电池涂有高品质的抗松弛涂层材料的烯烃。具有单一化合物烯烃基涂层的制备的电池显示出迄今为止用室温蒸气电池测量的最长的自旋弛豫时间。提出了铯原子和烯烃分子通过攻击C=C键的化学结合在这种抗松弛涂层质量的改善中起着至关重要的作用。
2009-11-27 physics.atom-ph
Characterization of high-temperature performance of cesium vapor cells with anti-relaxation coating
具有抗弛豫涂层的蒸气室由于其在壁碰撞过程中保持原子自旋极化的能力而被广泛应用于现代原子物理学实验中。我们通过在高达95°C的温度下测量纵向自旋弛豫和蒸汽密度来表征具有不同涂层材料的蒸汽电池的性能。我们发现，自旋投影噪声限制的灵敏度与这种细胞的原子磁力计提高与温度，这表明抗弛豫涂层细胞在未来的高灵敏度磁力计的应用的潜力。
2016-09-15 physics.atom-ph
Spin Relaxation Resonances Due to the Spin-Axis Interaction in Dense Rubidium and Cesium Vapor
稠密碱金属蒸气自旋弛豫的磁去耦曲线中的共振证明，大部分弛豫是由于三重态二聚体中的自旋-轴相互作用。二聚体的自旋轴耦合系数的初步估计是290 MHz的Rb; 2500 MHz的Cs。
2000-09-25 physics.atom-ph
Polarized alkali vapor with minute-long transverse spin-relaxation time
我们证明了在超过60秒的碱蒸汽细胞与内壁涂有烯烃材料的原子群体和凝聚力的寿命。这代表了两个数量级的改进超过最好的石蜡涂层。这种抗弛豫特性可能会导致原子钟、磁力计、量子存储器的实质性改进，并使碰撞效应的敏感研究和基本对称性的精确测量成为可能。
2010-05-10 physics.atom-ph
Study of EIT resonances in an anti-relaxation coated Rb vapor cell
我们证明-实验和理论-在电磁感应透明（EIT）中获得的共振可以是明亮的和黑暗的。实验是利用超精细跃迁的磁子能级在D $_1$线的$^{87}$ Rb。次级的简并通过具有值为27 G的磁场来去除。原子被包含在一个室温的蒸汽室中，在壁上有抗弛豫涂层。基于双区模型的理论分析很好地再现了实验光谱。这种具有亮和暗共振的能力有望在光的亚光速和超光速传播以及灵敏的磁力测量中应用。
2018-03-23 physics.atom-ph
High-quality level-crossing resonances under counterpropagating circularly polarized light waves for applications in atomic magnetometry
研究了在反向传播的泵浦光和探测光的圆偏振方向相反的情况下，填充缓冲气体的铯蒸气池中的能级交叉（LC）共振。波激发D $_1$ -线基态能级$F_g$ $=\,$ $4$，而横向磁场（${\rm B}_x$ $\perp$ ${\rm k}$）在零附近扫描以观察电磁感应吸收（EIA）的共振。结果表明，增加泵浦光波显着改善的谐振特性相比，通常使用的方案与一个单一的光波。对于在较低温度（$\approx\,$ 45-60 $\,^\circ$ C）下使用小型蒸气室（$\approx\,$ 0.1 cm $^3$）的情况，其结果对研制低功耗小型化原子磁力计具有良好的前景。
2021-04-16 physics.atom-ph quant-ph
Relaxation of atomic polarization in paraffin-coated cesium vapor cells
用Franzen的“黑暗中的弛豫”技术[Franzen，Phys. Rev. { \bf 115}，850（1959）]的一种变体，研究了无缓冲气体、涂有石蜡的铯蒸气室中原子极化的弛豫。在本实验中，窄带，圆偏振泵浦光，共振的Cs D2过渡，沿纵向磁场的原子取向，和随时间变化的线性偏振探测光的旋光度测量，以确定一个特定的超精细水平的原子取向的弛豫率。研究了光诱导原子脱附（LIAD）过程中弛豫速率的变化。没有显着的变化，自旋弛豫速率在LIAD过程中发现超出预期的速度更快的自旋交换碰撞由于Cs密度的增加。
2005-03-26 physics.atom-ph
High-Temperature Alkali Vapor Cells with Anti-Relaxation Surface Coatings
抗弛豫表面涂层允许在没有缓冲气体的碱金属电池中长的自旋弛豫时间，使得碱金属原子在整个电池中的扩散更快，并且由于更窄的光学线宽而产生更大的信号。有效的涂层以前无法在80 ℃以上的温度下使用。我们证明，十八烷基三氯硅烷（OTS）可以让钾或铷原子经历数百次碰撞与细胞表面去极化之前，和OTS涂层仍然有效，直到约170 C的钾和铷。我们考虑的实验问题，没有缓冲气体和最小的淬灭气体在高蒸汽密度下操作，研究更严格的需要有效淬灭的激发原子和推导出旋光信号的形状与解决超精细结构的原子在自旋温度制度。作为抗弛豫涂层碱蒸气电池的高温应用的一个例子，我们操作的自旋交换弛豫自由原子磁力计的灵敏度为6 fT/sqrt（Hz）和磁线宽为2 Hz窄。
2009-12-07 physics.atom-ph
Comparison and analysis of methods for measuring the spin transverse relaxation time of rubidium atomic vapor
本文比较四种测量铷原子蒸气自旋横向弛豫时间的方法，证明改进的FID拟合最准确，并分析缓冲气体和原子密度的影响，为原子磁力计灵敏度提升提供参考。
2024-02-07 physics.atom-ph
Cavity enhanced atomic magnetometry
基于法拉第旋转的原子传感是一种不可或缺的精密测量方法，普遍适用于热原子和冷原子系统。在这里，我们展示了一个全光学磁强计的法拉第旋转光谱的光学细胞增加了一个低精细腔。与以前的实验中，专门设计的多程细胞已被采用，我们的计划允许使用传统的，球形蒸汽细胞。球形单元具有的优点是，它们可以在内部有效地涂覆有自旋弛豫抑制层，从而提供长的自旋相干时间，而无需添加缓冲气体。腔增强显示在增加的光学偏振旋转和灵敏度相比，单程配置。
2015-10-04 physics.atom-ph
Stroboscopic back-action evasion in a dense alkali-metal vapor
我们在实验上探索了自旋交换弛豫存在下热钾蒸气中原子自旋的量子非破坏（QND）测量。我们展示了一种新的技术，通过频闪调制的探测光的反作用逃避。利用这种方法，我们研究了自旋大于1/2的原子的自旋噪声与极化的关系，并与一个简单的理论模型取得了很好的一致。我们指出，在自旋弛豫速率随时间变化的快速自旋交换系统中，使用QND测量可以提高原子磁力测量的长期灵敏度。
2010-11-11 physics.atom-ph quant-ph
Self-calibrating vector atomic magnetometry through microwave polarization reconstruction
原子磁力仪是测量磁场的最灵敏的方法之一。利用铷原子超精细跃迁的偏振特性，提出了一种将自然标量原子磁强计转换为矢量磁强计的方法。首先，我们使用自校准方法完全确定所施加微波场的极化椭圆，即光原子相互作用提供在正交实验室框架中了解场所需的一切的方法。然后，我们使用极化椭圆作为由麦克斯韦方程组定义的三维参考来测量所施加的静态场的方向。虽然是用被囚禁的原子来演示的，但这种技术可以应用于原子蒸气或各种类似原子的系统。
2018-07-10 physics.atom-ph quant-ph
All-Optical Spin Locking in Alkali-Vapor Magnetometers
在地球物理磁场范围内，非线性塞曼效应会引起磁共振谱线的分裂和不对称。我们提出了一种基于自旋锁定的全光学抑制非线性塞曼效应的方案。自旋锁定是通过强度调制和偏振调制的激光束的交流斯塔克位移提供的有效振荡磁场来实现的。这导致在地球场范围内具有约100 Hz宽度的多分量非对称磁共振线塌陷成具有25 Hz中心分量宽度的峰值。预计该技术将广泛适用于实际磁力测量，通过增加磁共振振幅和减小其宽度，有可能提高地球测量磁力计的灵敏度和准确度。全光学方法的优点是，当这些传感器用于梯度测量或阵列布置时，附近的传感器之间没有串扰。
2018-09-28 physics.atom-ph
Atomic magnetometry based on the ground-state Hanle effect in an elliptically polarized light wave
Institute of Laser Physics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院激光物理研究所）
研究利用基态Hanle效应在碱金属蒸汽中探测磁场，通过极化光椭率变化实现共振，提出低功耗磁强计方案，适用于生物医学应用。
2025-11-24 physics.atom-ph quant-ph
Imaging of Relaxation Times and Microwave Field Strength in a Microfabricated Vapor Cell
我们提出了一种新的表征技术原子蒸气细胞，结合时域测量与吸收成像，以获得空间分辨的衰减时间，原子扩散和相干动力学的信息。该技术被用来制造一个5毫米直径，2毫米厚的微制造的Rb蒸气室，与N $_2$缓冲气体，放置在一个微波腔内。时域Franzen和Ramsey测量用于产生细胞中的群体（$T_1$）和相干性（$T_2$）寿命的高分辨率图像，而Rabi测量产生所施加的微波磁场的$σ_-$、$π$和$σ_+$分量的图像。对于90 $^{\circ}$ C的电池温度，发现穿过电池中心的$T_1$时间是大致均匀的$265\,μ$ s，而$T_2$时间在大约$350\,μ$ s处达到峰值。我们观察到“皮肤”的减少$T_1$和$T_2$倍周围的边缘的细胞由于Rb的去极化后，与硅细胞壁碰撞。我们的观察表明，这些碰撞是远离100 $\%$去极化，与早期的观察与钠和玻璃墙。微波磁场的图像揭示了最佳场均匀性的区域，从而揭示了相干性。我们的技术是有用的蒸汽细胞表征原子钟，原子传感器和量子信息实验。
2014-01-23 physics.atom-ph
Suppression of nonlinear Zeeman effect and heading error in earth-field-range alkali-vapor magnetometers
在地球物理磁场范围内，非线性塞曼效应会引起磁共振谱线的分裂和不对称。这是标量原子磁力计“航向误差”的主要来源。提出了一种基于自旋锁定的抑制非线性塞曼效应和航向误差的方法。在抽运光和探测光分离的全光同步抽运磁强计中，我们施加一个与旋进磁化同相的射频场。在一个地球范围的领域，一个多分量的非对称磁共振线与？60 Hz宽度的峰折叠成宽度为22 Hz的单个峰，其位置在很大程度上与传感器的方向无关。该技术有望广泛应用于实际磁力测量中，通过增加磁共振振幅，减小其宽度并消除重要和限制性的航向误差系统，可能提高地球测量磁力计的灵敏度和精度。
2017-08-17 physics.atom-ph
Application of Spin-Exchange Relaxation-Free Magnetometry to the Cosmic Axion Spin Precession Experiment
宇宙轴子自旋进动实验（CASPEr）试图通过核磁共振（NMR）技术测量由轴子或类轴子粒子（ALP）暗物质引起的核自旋振荡力矩。当拉莫尔频率与轴子/ALP康普顿频率相匹配时，沿引导磁场自旋极化的样品经历共振，产生旋进横向核磁化。在这里，我们展示了自旋交换弛豫自由（SERF）磁力计的灵敏度$\approx 1~{\rm fT/\sqrt{Hz}}$和0.1 $\rm{cm^3}$，可能是有用的核磁共振检测CASPEr的有效传感体积。基于SERF磁力计的NMR检测的潜在缺点是SERF有限的动态范围。使用磁通量Transformer来抑制主导磁场被认为是一种潜在的方法，以扩大SERF的动态范围，以探测更高的轴子/ALP康普顿频率。
2017-10-03 physics.atom-ph physics.ins-det physics.space-ph
Precision magnetometry at cryogenic temperatures with gaseous 3He NMR probes
本研究开发了低温下用于精密磁场测量的气态3He NMR探针，通过加压极化和添加顺磁物质缩短弛豫时间，实现了高灵敏度磁场测量。
2025-05-23 physics.atom-ph
All-optical atomic magnetometry using an elliptically polarized amplitude-modulated light wave
本研究提出基于椭圆偏振调幅光波与铷87蒸气作用的磁共振观测方法，相比经典Bell-Bloom方案信噪比显著提升，2 kHz带宽下灵敏度约130 fT/√Hz，可用于开发医学与地球物理领域的微型全光磁场传感器。
2024-08-04 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Paraffin coated rubidium cell with an internal atomic vapor source
本文介绍了在一个带有内蒸气源的铷原子池中铷原子的弛豫和扩散过程的研究结果。该室是一个抽真空的玻璃灯泡，其特征在于，金属膜Rb形式的原子蒸气源均匀地分布在灯泡的整个内表面上，石蜡膜均匀地分布在整个区域上和金属表面上。利用激光抽运技术，测量了光抽运铷原子在灯泡中的弛豫时间和平均反弹次数。测量了铷原子在石蜡涂层上的吸附时间和铷原子在石蜡中的扩散系数。文中还讨论了池中泵浦和原子扩散过程的一个简单模型。
2018-02-08 physics.atom-ph
A large sample study of spin relaxation and magnetometric sensitivity of paraffin-coated Cs vapor cells
我们已经制造了250多个名义上相同的石蜡涂层铯蒸气室（30毫米直径的灯泡）的多通道原子磁力计的应用。我们描述了我们的专用细胞表征装置。对于每个细胞，我们已经确定了内在的纵向，$\sGamma{01}$，和横向，$\sGamma{02}$，松弛率。我们最好的细胞显示$\sGamma{01}/2π\approx 0.5 Hz, and $ \sGamma{02} /2π \approx 2 Hz。我们发现了一个很强的相关性，我们解释在水库和自旋交换弛豫的弛豫率。对于每个细胞，我们已经确定了射频和激光功率的最佳组合，产生对磁场变化的最高灵敏度。在所有生产的细胞中，发现90%具有在9至30 fTHz范围内的磁力灵敏度。噪声分析表明，与这样的细胞操作的磁力计具有接近的基本光子散粒噪声限制的灵敏度。
2009-02-04 physics.atom-ph physics.optics
Anomalous noise spectra in a spin-exchange-relaxation-free alkali-metal vapor
本研究对SERF区域的非极化$^{87}$Rb蒸气做自旋噪声谱研究，发现其噪声谱偏离洛伦兹模型，结果与含基态超精细态关联的模型吻合，对量子传感等领域的噪声校准有参考意义。
2024-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Interference in Atomic Magnetometry
原子磁力计是一种高灵敏度的磁场探测器，它可以监测原子蒸气的宏观磁矩的演化，并在生物、物理和化学科学中开辟了新的应用。然而，原子磁力计的性能通常受到隐藏的系统效应的限制，这些系统效应可能导致各种应用的误诊，例如，核磁共振和生物磁学。在这项工作中，我们发现了一个迄今无法解释的原子磁力计的干扰效应，这会导致一个重要的系统效应，大大恶化测量磁场的准确性。我们提出了一个标准的方法来检测和表征的干扰效应，但不限于，原子磁力计。作为我们工作的应用，我们考虑了干扰效应在核磁共振结构测定和脑电生理症状定位中的作用，表明考虑干扰效应有助于提高测量精度。通过我们的实验，我们确实发现我们的预测和超低场NMR谱中共振线的非对称振幅之间有很好的一致性-这种效应迄今为止还没有被理解。我们预期，我们的工作将刺激有趣的新的研究磁干扰现象在广泛的磁强计及其应用。
2020-10-12 physics.atom-ph quant-ph
Near-zero-field microwave-free magnetometry with nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds
研究纳米金刚石NV中心集合体在近零场下的荧光凹陷特征，通过尺寸、横向偏置场及ODMR应变分裂分析揭示交叉弛豫机制，并展示无微波磁力测量潜力。
2024-02-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Towards noble gas quantum optical magnetometry using direct ultraviolet detection
University of Alberta（阿尔伯塔大学）
本文提出用紫外频率梳激光直接探测稀有气体核自旋进动，无需碱金属混合，通过优化激光功率、噪声和光束尺寸，实现室温下24 aT/√Hz的创纪录磁力测量灵敏度。
2026-10-01 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Sensitive AC and DC Magnetometry with Nitrogen-Vacancy Center Ensembles in Diamond
通过定制金刚石生长、双量子序列和P1驱动，实现了迄今最灵敏的氮-空位块体磁强计，宽带直流灵敏度约460 fT·s^1/2，窄带交流灵敏度约210 fT·s^1/2。
2023-05-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.atom-ph
Effects of spin-exchange collisions on the fluctuation spectra of hot alkali-metal vapors
我们提出了一个第一性原理分析的噪声光谱的碱金属-金属蒸汽和自旋交换弛豫自由（SERF）制度，我们预测非直观的功能，有可能进一步提高SERF介质的灵敏度，必须考虑到它们在量子光学应用中的使用。研究了自旋噪声谱（SNS）的形成过程，导出了噪声谱的解析表达式，以及不同超精细组分之间的关联函数的解析表达式，为自旋动力学研究提供了新的思路.分析结果表明，相对于较简单的模型，自旋噪声谱的各种失真，包括模仿光学散粒噪声的宽谱背景、来自两个基态超精细能级的噪声贡献的干扰、自旋进动频率处的噪声减少以及自旋噪声功率的“隐藏”，这可能在基于噪声的校准中引入系统误差，例如，用于自旋挤压实验
2022-12-22 physics.atom-ph
Relaxation of Cs atomic polarization at surface coatings characterized by X-ray photoelectron spectroscopy
用X射线光电子能谱学（XPS）和铯（Cs）蒸气自旋弛豫测量研究了载玻片上石蜡涂层。玻璃基片的组分，如硅（Si）和氧（O），存在于涂层载玻片的XPS光谱中，表明制备的石蜡涂层的不完整性。在Cs蒸气中对涂层进行退火后没有观察到衬底，这被称为自旋弛豫测量的“成熟”过程。我们发现了一个总的趋势，即有效的反自旋弛豫性能需要在表面上的高石蜡和低Cs覆盖。我们还研究了一种类金刚石碳（DLC）薄膜，预期反自旋弛豫的效果;我们的尝试迄今为止都失败了。
2015-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Spin-exchange collisions in hot vapors create and sustain bipartite entanglement
碱金属或碱金属/惰性气体蒸气中的自旋交换碰撞是量子传感、核子结构研究、基本对称性测试和医学成像的基础。我们在这里表明，在热碱蒸汽自旋交换碰撞自然产生强烈的二分纠缠，我们明确量化使用量子信息科学的工具。研究表明，这种纠缠的寿命至少与自旋交换弛豫时间一样长，并且直接影响可测量的自旋噪声可观测量值。这是一个正式的理论证明，一个热而稠密的原子蒸气可以支持长寿命的二分和可能更高阶的纠缠。
2020-06-12 physics.atom-ph quant-ph
Doppler narrowing, Zeeman and laser beam-shape effects in $Λ$-type Electromagnetically Induced Transparency on the $^{85}$Rb D2 line in a vapor cell
在无缓冲气体的无反弛豫涂层的热汽室中研究了$Λ$型电磁感应透明（EIT）对Rb D2跃迁的影响。实验数据显示了速度选择性光抽运和EIT共振的显著特征。本文研究了在高达12高斯的磁场中EIT线的塞曼分裂。其中一个塞曼分量没有一阶位移，其二阶位移与理论符合得很好。这种磁场不敏感的EIT共振的半峰全宽（FWHM）由于多普勒变窄而减小，在所研究的范围内在Rabi频率上线性缩放，并且在最低功率下达到约100 kHz。这些观测结果与文献\cite{PhysRevA.66.013805,7653385}中提出的多普勒展宽介质的分析模型一致。使用林德布拉德方程的数值模拟揭示了横向激光强度分布和两个$Λ$ -EIT系统必须包括在内，以充分考虑所测量的信号的线宽和线形。讨论了由剩余光频涨落、原子与壁面碰撞和痕量气体碰撞等效应引起的基态退相干。
2020-07-01 physics.atom-ph
Finding the number density of atomic vapor by studying its absorption profile
我们展示了一种获得原子蒸气密度的技术，通过做一个适合的共振吸收光谱的密度矩阵模型。为了证明该技术的实用性，我们将其应用于吸收在${\rm D_2}$线的铯蒸气电池在室温下。由于开放跃迁的作用，光谱的线形是不对称的。这种不对称性在模型中解释使用渡越时间弛豫的原子穿越激光束。我们还通过研究数密度作为接近室温的温度的函数来获得蒸发的潜热。
2017-06-14 physics.atom-ph physics.optics
A high-sensitivity push-pull magnetometer
我们描述了我们的方法的基础上的推挽光泵浦技术的原子磁力。铯蒸气被一束共振激光泵浦和探测，该激光的圆偏振与静态磁场诱导的自旋演化动力学同步调制。磁力计在锁相环中操作，并且它具有低于20 fT/ \sqrt（Hz）的固有灵敏度，使用室温石蜡涂覆的电池。我们使用磁力计监测磁场波动，灵敏度为300 fT/ \sqrt（Hz）。
2013-12-06 physics.atom-ph physics.ins-det
Investigation of Anti-Relaxation Coatings for Alkali-Metal Vapor Cells Using Surface Science Techniques
许多基于含有碱金属原子蒸气的电池的技术受益于使用抗弛豫表面涂层以保持原子自旋极化。特别是，石蜡已用于此目的数十年，并已被证明允许原子与其容器壁发生多达10，000次碰撞而不去极化，但其操作细节仍然知之甚少。我们应用现代表面和体技术的研究石蜡涂层，以表征的属性，使有效的保存碱自旋极化。这些方法包括傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热法、原子力显微镜、近边X射线吸收精细结构光谱和X射线光电子能谱学。我们还比较了几种不同的石蜡材料的光诱导原子解吸产率。实验结果包括确定涂层材料的结晶度是不必要的，和检测C=C双键存在于特定类别的有效石蜡涂层内。进一步的研究应导致更强大的石蜡抗松弛涂层的发展，以及设计和合成的新类别的涂层材料。
2010-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.chem-ph
Very large optical rotation generated by Rb vapor in a multi-pass cell
顺磁法拉第旋转是一种强有力的原子传感技术，广泛应用于量子非破坏性测量、基本对称性测试和其他精密测量。我们演示了使用的多通光池法拉第旋转光谱和观察超过100弧度的自旋极化Rb蒸汽的偏振旋转。与光学腔不同，多程池具有确定的光程数，可用于测量大的旋光度。我们还观察到一个10倍的抑制横向自旋弛豫时，Rb原子被放置在一个相干叠加态免疫自旋交换碰撞。
2011-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Systematic errors from scalar slowing-down models in transient SERF magnetometry
ICFO—Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA—Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）
针对SERF磁力计标量减速模型在极化变化时失效的问题，提出含纵向与横向减速因子的动态布洛赫方程，降低磁场估计偏差并保留模型简洁性。
2026-09-29 physics.atom-ph quant-ph
Longitudinal spin-relaxation optimization for miniaturized optically pumped magnetometers
本文通过集成微型柱状释放器的局部加热实现键合后氮气缓冲气体压力调节，系统测量了纵向自旋弛豫率与磁灵敏度随压力的变化，确定了115 Torr为最佳压力并实现130 fT/√Hz的灵敏度，为可批量生产的铯蒸气室在多种传感应用中的性能优化提供了依据。
2024-07-03 physics.atom-ph
Nuclear slowing-down factors in alkali-metal vapors
Institute of Electronic Structure and Laser, Foundation for Research and Technology（电子结构与激光研究所，研究与技术基金会）；Department of Physics, Princeton University（普林斯顿大学物理系）
本文通过微扰理论推导出碱金属蒸气中纵向与横向自旋动力学不同的极化相关核减速因子，并给出有限磁场下残余自旋交换弛豫的闭式表达式，细化了SERF regime下的有效Bloch描述，对原子磁力计和共磁力计有直接应用价值。
2026-09-09 physics.atom-ph quant-ph
Magnetic Resonance Linewidth of Alkali-Metal Vapor in Unresolved Zeeman Resonance Regime
本文针对未分辨塞曼共振区碱金属蒸气磁共振线宽问题，基于主方程建立理论框架，发现光致窄效应的发生条件及量子相干耦合对线宽的显著影响，为优化原子磁力仪性能提供理论工具。
2024-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Surface and chemical effects on $^{199}$Hg spin polarization relaxation in optically pumped magnetometers
本文研究了光泵浦$^{199}$Hg原子蒸气池在紫外光照射下自旋弛豫率的不稳定性问题，分析了H₂、O₂杂质及表面状态对弛豫机制的影响，并探讨了稳定蒸气池的潜在方法。
2025-07-16 nucl-ex physics.atom-ph
Experimental study of 199Hg spin anti-relaxation coatings
我们报告的自旋弛豫率在$^{199}$汞磁强计使用不同的墙壁涂层的比较。为此目的建造了一台小型水银磁力计。涂有氟化材料的玻璃电池比涂有其氢化同系物的玻璃电池显示更长的自旋相干时间。最长的自旋弛豫时间的汞蒸气测量与氟化石蜡壁涂层。
2013-09-04 nucl-ex physics.atom-ph physics.ins-det
A Remotely Interrogated All-Optical $^{87}$Rb Magnetometer
原子磁力测量是在地球的磁场中进行的，距离为10米。两束激光对准一个遥远的碱蒸气室，激发并探测到$^{87}$ Rb磁共振，从而可以远程询问细胞内的磁场。磁力计作为驱动振荡器运行，在$\sim$ 2\，s数据采集中以\lessgtrsim{\lesssim} 3.5\，pT精度测量地磁场;该精度可能受到环境场波动的限制。该传感器还在自振荡模式下工作，具有5.3pT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$噪声基底。进一步的优化将产生一个高带宽，完全远程磁强计与sub-pT的灵敏度。
2012-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Optical protection of alkali-metal atoms from spin relaxation
The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）；Rafael Ltd（拉斐尔先进防御系统有限公司）；Cornell University（康奈尔大学）
本研究提出用单束非共振激光抑制碱金属自旋弛豫，通过同步拉莫尔进动提高自旋相干性，实验显示在铯蒸汽中实现九倍弛豫抑制。
2025-07-06 physics.atom-ph quant-ph
Collimated versatile atomic beam source with alkali dispensers
碱金属分配器已成为磁力测量、碱蒸气室时钟和激光冷却实验中产生原子蒸气的不可缺少的工具。这些分配器的主要优点是它们含有惰性形式的碱金属，其可以暴露于空气而没有危险。然而，它们的高操作温度（>600 ℃）对于许多应用是不期望的，因为它将原子速度分布移动到更高的值，并且呈现出可以升高其周围环境温度的辐射热源。出于这个原因，分配器通常不用于视线应用，例如原子束产生。在这项工作中，我们提出了一个集成的铷分配器准直装置的厚度只有2毫米，产生的原子束主要是在前进的方向上。我们发现，准直器板用于屏蔽分配器的辐射以及缓和原子束的速度，使得测量的纵向速度分布与仅在200 ℃的略微升高的温度下的普通碱炉的纵向速度分布相当。为了证实我们的理论，我们还建造了另一个紧凑的装置组成的分配器和硅准直器和测量支持我们的结论。我们的集成分配器准直器将特别适用于集成光子学和腔QED芯片上，其中需要少量Rb蒸汽的局部定向源。
2022-02-14 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Collective amplification and anisotropic narrowing of alignment signals in cesium vapor under strong spin exchange near zero magnetic field
Ioffe Institute（约费研究所）
研究在强自旋交换条件下近零磁场下线性极化光泵浦铯蒸气中对齐信号异常各向异性现象，通过实验发现垂直于泵浦光束平面的Hanle共振的各向异性随浓度增加而增加，在一个方向上宽度仍由自旋交换保持宽化，而在另一个方向上则接近无自旋交换弛豫限制。随着浓度进一步增加，出现非线性效应，如信号放大、双稳态、滞回和记忆。通过构建一个包含自发极化效应的理论模型来解释这些效应，模型表明超窄对齐共振可能源于自旋横向取向投影到检测轴上的四极子各向异性。这些共振的独特性质，如极小的宽度和由磁场控制的双稳态及长期记忆效应，使其在量子传感和信息中具有应用前景。
2026-07-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
