Real-time vector field tracking with a cold-atom magnetometer
我们演示了一个快速三轴光学磁强计使用冷,光陷$^{87}$ Rb气体作为传感器。通过近共振法拉第旋转,我们记录了沿两个正交轴的光泵浦后的自由感应衰减,得到了三个场分量和一个梯度分量。单次测量可在1 ms内实现散粒噪声限制的sub-nT灵敏度,横向空间分辨率为$\sim$ 20 $μ$ m。对散粒噪声限制灵敏度进行了详细的分析。
2013-04-30 physics.atom-ph quant-ph
Magneto-optical rotation: Accurate approximated analytical solutions for single probe atomic magnetometers
我们报告一个近似的解析解单探针四态原子磁力计没有解析解存在。这种近似的解析解在较宽的探测功率和失谐范围内表现出优异的精度,与使用MATLAB上的四阶龙格-库塔微分方程求解器获得的数值解相比。的理论框架和结果也包括广泛应用的单探针三态原子磁力计,没有解析解,甚至近似,是迄今为止在小失谐区域。
2022-02-25 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
Spin noise spectroscopy of an alignment-based atomic magnetometer
本研究对基于排列的原子磁力计进行了自旋噪声光谱学实验,并提出随机模型预测其噪声功率谱,验证了模型对Larmor光谱峰高度和线宽的准确预测,推动其在实时传感中的应用。
2024-07-30 physics.atom-ph quant-ph
Improving Sensitivity of an Amplitude-Modulated Magneto-Optical Atomic Magnetometer using Squeezed Light
本研究利用偏振自旋转产生的压缩光作为探测场,结合拉莫尔频率调幅的独立泵浦,实验证实调幅磁光原子磁强计的灵敏度可提升15%,验证了调制原子磁强计的量子增强效应。
2022-07-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Superradiant Raman Laser Magnetometer
我们展示了一种原理验证磁力计,它依赖于冷原子拉曼激光器的主动振荡,以连续地将场敏感的原子相位映射到辐射光的相位上。我们展示了连续主动振荡过程中的宽带灵敏度,以及在被动拉姆齐样模式中的窄带灵敏度,其中使用自旋回波技术在频率中平移窄带检测。该传感器在1 kHz时的灵敏度为190 pT/Hz^(1/2),有效感测体积为2 * 10^-3 mm^3。也被认为是一个理想的探测器的磁场灵敏度的基本量子限制。
2012-10-13 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-enhanced rubidium atomic magnetometer based on Faraday rotation via 795-nm Stokes operator squeezed light
在Stokes算符的作用下,(也称为偏振压缩态(PSS)),实现了基于法拉第旋转的铷-87(87 Rb)原子磁力计,并对该磁力计进行了表征.利用线性p偏振亮795 nm光的偏振相干态(PCS),利用397.5 nm紫外激光泵浦亚阈值光学参量振荡器(OPO),在OPO腔内采用PPKTP块体晶体,产生了397.5 nm光束和线性s偏振压缩真空态(SVS),在分析频率10 kHz附近获得了压缩能级为-3.7的PSS。在D1线的不同跃迁、不同的频率失谐量和合理的原子蒸气室温度下,测量并比较了法拉第旋转。(散射)损失和从原子自旋噪声到探测光束偏振噪声的反作用,以保持795 nm光的Stokes算符S2的PSS的量子特性,我们必须在低于60 ℃的87 Rb蒸汽室中运行我们的磁强计,在该温度下PSS几乎被破坏。通过用平衡偏振计测量交流(AC)校准的磁场信号的信噪比来表征磁场测量的灵敏度。在原子序数密度为5.8 × 10 ~(10)/cm ~ 3,探测光相对于~(87)Rb D_1线的~ 5S_(1/2)(Fg=2)-~ 5 P_(1/2)(Fe=1)跃迁的失谐量为-400 MHz的条件下,采用Stokes算符S_2的PSS作为探测光,获得了19.5 pT/Hz_(1/2)的典型灵敏度。与以PCS为探针的灵敏度28.3pT/Hz ~(1/2)相比,初步证明了利用795 nm光的PSS实现的法拉第旋…
2021-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Optical Magnetometer: Quantum Resonances at pumping repetition rate of 1/n of the Larmor frequency
研究了SERF原子磁力仪对重复短脉冲泵浦的响应。实验观察到屏蔽层内磁场的拉莫尔频率的重复频率为$1/n$的量子亚共振,并从理论上解释了这种现象。这是一种同步现象。本文介绍了K和Rb的单碱原子晶胞以及混合碱原子晶胞的研究。在后者中,一个物种被泵浦,而探针是通过自旋交换极化的另一个物种。自旋破坏,自旋交换和碰撞的影响进行了研究,以占共振的宽度。对这种现象的三能级$Λ$模型的量子计算表明,在脉冲和CW泵浦模式的情况下,吸收光谱中的共振频率都有下降,这是EIT的证据。
2020-06-17 physics.atom-ph quant-ph
High Bandwidth Atomic Magnetometery with Continuous Quantum Non-demolition Measurements
本文描述了高灵敏度碱金属磁强计中自旋投影噪声的实验研究。我们证明了四倍的改进,使用连续量子非爆破(QND)测量的磁强计的测量带宽。在标量模式下工作,测量体积为2 cm ^3,我们实现了22 fT/Hz^(1/2)的磁场灵敏度和1.9 kHz的带宽,自旋极化率仅为1%。我们的实验安排是自然的反作用回避,并可用于实现sub-fT灵敏度与高度极化的自旋压缩原子蒸气。
2010-01-18 quant-ph
Spin-squeezed vector atomic magnetometry
针对现有原子磁强计因原子难处于纯量子态而无法兼容自旋压缩、且难以应对磁场任意方向的问题,提出结合自旋压缩的冷原子磁强计,可测任意磁场的大小和方向,实验可达参数下灵敏度比现有最佳磁强计高近三个数量级。
2025-02-14 quant-ph
Colliding-probe bi-atomic magnetometers via energy circulation: Breaking symmetry-enforced magneto-optical rotation blockade
我们发展了一种基于非弹性波散射的碰撞探针双原子磁强计理论。我们发现了基于单探针的磁场传感方案中的传播增长阻塞,揭示了基于单探针的原子磁力计中非线性磁光旋转效应(NMORE)被强烈抑制的根本原因。我们进一步表明,无论是实验和理论上,碰撞探针双原子磁强计,解除这NMORE封锁。在这种新的原子磁测量技术中的定向能量循环导致NMORE信号增加两个数量级以上,以及磁场检测灵敏度增加大于6dB。这种新技术在光子门和开关操作中可能有广泛的应用。
2022-03-14 physics.optics quant-ph
A Rubidium M$_{\mathrm{x}}$-magnetometer for Measurements on Solid State Spins
环境磁场的检测是由光泵原子磁力计建立的。磁力测量的另一个焦点可以是对磁性或自旋活性固态样品的研究。在这里,我们介绍了一个简单而紧凑的设计,基于铷的M $_{\mathrm{x}}$ -磁强计,它允许托管固态样品。的光学,机械和电气设计的报告,以及简单的测量,介绍了基态自旋弛豫时间,测量的信噪比,随后的整体灵敏度的磁强计。磁力计针对在拉莫尔频率下相对于激光功率和磁场激励的最灵敏操作进行了优化。
2016-10-31 physics.atom-ph quant-ph
Magnetic Jones Vector Detection with RF Atomic Magnetometers
本文提出利用两台光泵浦原子磁力仪确定二维平面内射频磁场的绝对取向和偏振态,并将输出表示为磁琼斯矢量,可用于近场磁偶极子场景下的射频方向探测、材料响应表征及信号与噪声区分。
2023-06-07 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Estimation of fluctuating magnetic fields by an atomic magnetometer
我们提出了一个理论分析的能力,原子磁力计估计波动磁场。我们的分析利用高斯态描述的原子和探测场,它提出了估计的字段和测量其不确定性,符合在适当的限制与静态字段的成就。我们通过模拟表明,该字段的当前值的估计系统滞后于该字段的实际值,我们建议一个更完整的理论,在任何时候的测量结果被用来更新和改进的估计的当前值和B-字段的过去值的估计。
2006-05-29 quant-ph
Zero-field optical magnetometer based on spin-alignment
本研究提出一种基于自旋排列原子系综的零场光学磁强计,通过检测光的线偏振旋转实现磁场归零,推导了解析表达式并经实验验证,成功检测合成心脏信号,展现了医疗应用潜力。
2023-08-23 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Magnetotactic bacterial populations studied with a Pound-Drever-Hall atomic magnetometer
本研究利用基于Pound-Drever-Hall技术的光泵磁力计,以高灵敏度和稳定性观测趋磁细菌MSR-1在磁场中的定向行为,首次直接检测到磁性不均匀性和弛豫偏差,展示了其在生物物理探测中的潜力。
2025-10-10 physics.atom-ph quant-ph
Elliptically polarized laser-pumped $M_x$ magnetometer towards applications at room temperature
对椭圆偏振光工作的原子磁力计进行了理论和实验研究。为了探索这种磁结构的潜力,导出了输出信号的解析形式。优化了对性能有显著影响的参数,使2 $\times$ 2 $\times2$ cm未涂覆的Rb蒸气室在45 $^{\circ}$ C下的灵敏度为300 $\rm fT/\sqrt{Hz}$。值得注意的是,在室温24 $^{\circ}$ C下,灵敏度达到690 $\rm fT/\sqrt{Hz}$,这与常规的$M_x$磁力仪在其自身优化条件下相比提高了一个数量级。椭圆偏振的方法提供了有吸引力的功能,为开发紧凑,低功率的磁力计,这是没有加热的无涂层的蒸汽电池。
2019-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Magnetic-field-independent spin-exchange relaxation-free magnetometer
本文发现核自旋I=1/2的原子在高磁场下仍可工作于SERF状态,利用双物种气体间的碰撞提升磁灵敏度,并预计钾与原子氢磁力计在地磁场下的基本灵敏度约为10 aT·sqrt(cm^3/Hz)。
2025-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Femtotesla Atomic Magnetometer for Zero- and Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance
本文研制用于ZULF NMR的飞特斯拉级钾SERF磁力计,通过蒸气池参数优化、真空腔集成和相位校准梯度测量,将灵敏度较单通道提升7倍,噪声底达1.2 fT/Hz^(1/2)。
2024-03-04 quant-ph
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
Large-scale, Multi-pass, Two-chamber RF Atomic Magnetometer
本研究研制了一款大体积双气室多程射频原子磁力计,可作为本征梯度仪抑制共模噪声,支持双频同时测量,能缩短违禁品NQR搜寻时间,并探究了系统的噪声来源。
2023-12-15 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Pulsed Vector Atomic Magnetometer Using an Alternating Fast-Rotating Field
本文提出一种将快速旋转磁场施加于脉冲$^{87}$Rb标量原子磁力计的矢量磁力计,可同时测量总磁场和两个极角,并通过峰值改变调制技术抑制系统误差,使矢量灵敏度接近标量灵敏度。
2025-02-06 physics.app-ph quant-ph
Shot-noise-limited magnetometer with sub-pT sensitivity at room temperature
本文报道了一种基于室温$^{85}$ Rb蒸气的振幅调制旋光效应的光子散粒噪声限制(SNL)光学磁强计。该仪器在$7.6$ $μ$ T下实现了$70$ fT/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$的室温灵敏度。与理论预测一致的噪声与光功率的实验缩放证实了从$5$ $μ$ T到$75$ $μ$ T的SNL行为。最佳的灵敏度和SNL操作的组合使该系统成为一个有前途的候选人的应用压缩光的国家的最先进的原子传感器。
2014-11-20 physics.atom-ph quant-ph
Laser-written micro-channel atomic magnetometer
本文展示了一种基于飞秒激光直写与化学蚀刻微通道的铷蒸气光泵浦磁力计,在2.25 mm$^3$传感体积下于10 Hz实现约1 pT/√Hz灵敏度,具备3D集成能力,可用于探测磁性纳米颗粒与微升NMR样品的局域磁场。
2024-04-22 physics.atom-ph physics.optics 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
Tracking time-varying signals with quantum-enhanced atomic magnetometers
该研究将估计控制技术适配到自旋进动磁力计实验场景,证明测量诱导自旋压缩可提升时变磁场实时跟踪灵敏度,且退相干决定的量子极限可通过当前实验实现,为量子增强瞬态传感提供了实验可行路径。
2025-10-30 quant-ph
Heading errors in all-optical alkali-vapor magnetometers in geomagnetic fields
碱金属原子磁力计在地磁场中遭受航向误差,因为所测量的磁场取决于传感器相对于磁场的取向。除了非线性塞曼分裂之外,两个超精细基态中的塞曼共振之间的差异也可以产生取决于初始自旋极化的航向误差。我们研究的全光标量磁强计,使用极化$^{87}\text{Rb}$原子的自由进动的航向误差通过改变方向和大小的磁场在不同的自旋极化制度。在高极化极限下,较低的超精细基态$F = 1$几乎是人口稀少,我们表明,航向误差可以用解析表达式进行校正,减少了两个数量级的错误,在地球的领域。我们还验证了测量的塞曼进动频率与磁场的线性关系。在较低的自旋极化下,我们发现两个超精细态的塞曼共振分裂导致了进动信号的拍频和所测量的进动频率与磁场的非线性。我们使用独特的探针几何形状,其中两个正交的探针光束测量自旋进动过程中的两个超精细状态之间的相对相位相反的频率偏移进行校正。
2021-03-01 physics.atom-ph quant-ph
Non-invasive detection of animal nerve impulses with an atomic magnetometer operating near quantum limited sensitivity
由人类和动物器官(例如心脏、大脑和神经系统)产生的磁场携带对生物学和医学目的有用的信息。这些磁场最常使用低温冷却的超导磁力计来检测。在这里,我们提出了第一次检测动作电位从动物神经使用光学原子磁力计。通过优化设计,我们能够实现由光的量子散粒噪声和原子自旋的量子投影噪声所支配的灵敏度。这种灵敏度使我们能够用微型室温传感器测量神经冲动,这对于生物医学应用来说是一个关键的优势。将传感器定位在离神经几毫米的距离处,对应于生物学研究中皮肤和神经之间的距离,我们检测由青蛙坐骨神经的动作电位产生的磁场。根据磁场测量,我们确定神经的活动和神经脉冲的时间形状。这项工作开辟了新的途径,实现光学磁力计作为医疗诊断的实用设备。
2016-01-12 physics.ins-det quant-ph
Real-time optimal quantum control for atomic magnetometers with decoherence
本研究提出了一种实时最优量子控制方法,用于原子磁强计中退相干建模,实现对恒定和波动磁场的量子极限跟踪,并可驱动原子团块进入纠缠态。
2025-12-04 quant-ph
Interaction of light with planar lattices of atoms: Reflection, transmission and cooperative magnetometry
本文研究了二维平面冷原子晶格中强光介导的共振偶极-偶极相互作用。我们提供了一个详细的分析作为一个“超原子”,其响应类似于电磁诱导的透明度,但表现出超窄的集体尺寸依赖的次辐射共振线宽的偶极点发射器晶格平面的描述。超原子模型提供了直观简单的描述阵列的光谱响应,包括完全反射,全透射,窄Fano共振,和渐近表达式的集体本征模的共振线宽。我们提出了一个协议,几乎整个辐射激发转移到一个单一的相关subradiant本征模在一个晶格,并表明,通过堆叠的晶格阵列获得的介质可以形成一个合作的磁强计。这种磁力计利用与基于电磁感应透明度的磁力计类似的原理。然而,合作磁力计的精度不受单原子共振线宽的限制,而是由强偶极-偶极相互作用导致的更窄的集体线宽。
2018-02-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Exploring the ultra-light to sub-MeV dark matter window with atomic clocks and co-magnetometers
粒子暗物质的质量可以从超轻候选者的质量$m_χ\sim 10^{-21}\,$ eV到远远超过GeV的尺度。传统的实验室搜索对接近弱标度的质量范围很敏感,而需要新的技术来探索这个领域之外的候选者。特别是较轻的候选者由于其动量小而难以检测。在这里,我们研究了两个实验装置,{ \it不需要转移的动量}来检测暗物质:原子钟和共同磁强计。这些实验通过非常精确地测量不同角动量的原子状态之间的能量差来探测与物质自旋耦合的暗物质。这种耦合在大多数暗物质模型中是可能的(甚至是自然的),我们将当前的实验灵敏度转化为对不同暗物质模型的影响。据发现,从目前的原子钟和合作磁力计的约束可以在$m_χ\sim 10^{-21}-10^3\,$ eV的质量范围内的竞争力,取决于模型。我们还评论了不同的天体物理中微子背景的(可忽略的)影响。
2019-09-12 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
A Neural Network Assisted $^{171}$Yb$^{+}$ Quantum Magnetometer
多功能磁力计必须在暴露于各种参数的目标场时提供可读的响应。在这项工作中,我们实验证明,结合$^{171}$ Yb $^{+}$原子传感器与充分训练的神经网络,使调查目标领域在不同的挑战性的情况。特别是,我们的特点射频(RF)领域中存在的大散粒噪声,包括通过单次测量的连续数据采集的极限情况。此外,通过结合神经网络,我们显着扩展的工作机制的原子磁力计的情况下,其中的RF驱动诱导超出其标准的谐波行为的响应。我们的研究结果表明,在一般量子传感任务的数据处理阶段集成神经网络的好处,以破译传感器响应中包含的信息。
2022-12-30 quant-ph
Performance of a radio-frequency two-photon atomic magnetometer in different magnetic induction measurement geometries
本文研究了射频双光子原子磁力仪在不同磁感应测量几何构型下的性能,识别了双光子光谱分量并演示了相位信息提取方法,引入的自补偿构型通过单线圈产生双射频场实现了高对比度缺陷测量。
2024-10-03 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Squeezed-Light Optical Magnetometry
我们展示了一个基于法拉第效应的光射噪声限制磁强计在一个热的非极化的铷原子系综。通过使用非共振、偏振压缩的探测光,我们将磁强计的灵敏度提高了3.2dB。该技术可以提高最先进的磁强计的灵敏度和原子自旋系综的量子非破坏测量。
2010-08-25 quant-ph
Cavity-enhanced magnetometer with a spinor Bose-Einstein condensate
我们提出了一种新型的复合轻物质磁强计的基础上横向驱动的多分量玻色-爱因斯坦凝聚体耦合到两个不同的电磁模式的线性腔。在临界泵浦强度以上,外加磁场引起的凝聚态粒子数不平衡的变化必然引起两个腔模的相对光子数的变化。因此,监测腔输出场允许实时无损测量磁场。我们表明,建议的磁力计的灵敏度表现出海森堡的缩放相对于原子数。对于国家的最先进的实验参数,我们计算出这样的磁力计的灵敏度的下限为fT/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$的顺序-pT/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$的凝聚体的$10^4$原子的相干时间的顺序为几毫秒。
2021-04-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Stable Atomic Magnetometer in Parity-Time Symmetry Broken Phase
自旋的随机运动在磁共振实验中通常是有害的。非均匀磁场中的自旋扩散导致共振的加宽,并限制了如磁共振光谱学的应用中的灵敏度和光谱分辨率。通过对梯度磁场中扩散自旋宇称-时间($PT$)相变的观测,我们发现原子的空间自由度可以成为高精度测量微弱信号的一种资源,而不是有害的。在正常相,零或低梯度场,扩散导致自旋进动耗散。然而,通过增加场梯度,自旋系统经历$PT$转变,并进入$PT$对称性破缺相。在这个新的阶段,自旋进动频率分裂由于空间本地化的本征模式。我们证明,使用这些空间运动引起的分裂频率,自旋系统可以作为一个稳定的磁强计,其输出是不敏感的控制参数的不可避免的长期漂移。这为在不完全受控的环境中检测极其微弱的信号打开了一扇大门。
2022-11-17 physics.atm-clus quant-ph
Unambiguous measurement in an unshielded microscale magnetometer with sensitivity below 1 pT/rHz
针对冷原子Ramsey干涉磁强计的条纹歧义问题,提出希尔伯特解调光学磁强计方案,在无屏蔽环境下实现了微米级、380 fT的无歧义直流磁场测量灵敏度。
2024-06-20 quant-ph
Novel Fabrication of Micromechanical Oscillators with Nanoscale Sensitivity at Room Temperature
我们报告超灵敏微机械振荡器的设计,制造和实施。我们的具有集成磁性结构的单晶硅悬臂梁是同类产品中的第一款:它们采用新型高产量工艺制造,其中磁性薄膜图案化和沉积与悬臂梁制造相结合。这些新的设备已被开发用于悬臂式磁强计和核磁共振力显微镜(MRFM)的力传感器。这两个应用程序已经实现了纳米级的分辨率使用本工作中描述的杠杆。当用作磁力计时,该器件实现的电流磁矩灵敏度在室温下为10^{-15} J/T,与传统磁力计相比,灵敏度提高了1000倍以上。目前MRFM悬臂梁的室温力灵敏度在1 Hz带宽内为~10^{-16} N,这与其类型的类似装置的室温灵敏度相当。有限元建模用于改进设计参数,确保装置满足实验要求,并将模态形状与观测结果相关联。优化了MEMS制造工艺,平均产率约为85%,取向优于1000 nm。当需要纳米尺度尺寸时,使用制造后聚焦离子束铣削来进一步图案化集成磁性结构。
2006-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Microscopic theory of a precessing ferromagnet for ultrasensitive magnetometry
National University of Singapore(新加坡国立大学);A*STAR Quantum Innovation Centre (Q.Inc), Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)(A*STAR量子创新中心(Q.Inc),材料研究与工程学院(IMRE),科学技术研究局(A*STAR));Istituto di Fotonica e Nanotecnologie IFN–CNR(意大利国家研究委员会光子与纳米技术研究所(IFN-CNR));Fondazione Bruno Kessler (FBK)(布鲁诺·凯斯勒基金会(FBK));Helmholtz-Institut Mainz(美因茨赫尔姆霍兹研究所);Johannes Gutenberg-Universität Mainz(美因茨约翰内斯·古腾堡大学)
本文提出悬浮铁磁体的微观理论,用于突破磁计量标准量子限,并探索其在测量伯尔利相位和低频磁场传感中的应用。
2025-03-02 quant-ph
Spin projection noise and the magnetic sensitivity of optically pumped magnetometers
本文提出基于平均场密度矩阵动力学的光泵磁力仪自旋投影噪声与磁灵敏度计算方法,适用于高低场并揭示SERF区域中超精细自旋关联导致进动频率处SPN降低的新特征。
2024-02-22 quant-ph
EIT-based Vector Magnetometry in Linear Polarized Light
基于线偏振双色场中原子与光相互作用的对称性和高对比度EIT共振态,提出了EIT矢量磁强计的一般原理。并演示了这种矢量磁力仪在~(87)Rb D_1线上的工作。建议的指南针磁力计有一个增加的免疫力所产生的位移二次塞曼和交流斯塔克效应,以及原子缓冲气体和原子原子碰撞。在我们的原理验证实验中,检测到的对磁场方向的灵敏度为10^{-3} deg/Hz^{1/2},这受到激光强度波动、光偏振质量和磁场大小的限制。
2010-05-24 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Nuclear spin self compensation system for moving MEG sensing with optical pumped atomic spin co-magnetometer
记录人的脑磁图是近年来的一个热门话题,其中一个人的头部可以自由移动,因为我们记录大脑的磁场。传统上,原子磁力计用于移动MEG记录,并且大型补偿线圈系统用于背景磁场补偿。在这里,我们描述了一个新的潜在的候选人:光泵原子共磁强计(OPACM)的移动MEGs记录。在OPACM中,超极化核自旋可以产生一个磁场,屏蔽背景涨落低频磁场噪声,同时可以记录快速变化的脑磁信号。核自旋看起来像一个自动的磁场屏蔽,并动态补偿波动的背景磁场噪声。本文从理论上研究了磁场补偿,发现补偿与电子自旋磁场、核自旋磁场和保持磁场等参数密切相关。基于该模型,可以对磁场补偿进行优化。对OPACM的磁场补偿进行了实验研究,测量了OPACM对不同频率磁场的响应。结果表明,OPACM对1Hz以下的低频磁场有明显的抑制作用,对磁图频带附近的磁场频率有明显的响应。实现了$3fT/Hz^{1/2}$的磁场灵敏度。最后,我们做了一个模拟的OPACM,因为它是用于移动MEGs记录。作为比较,用于移动MEG记录的传统补偿系统是基于尺寸约为2m的线圈,而我们的补偿系统的尺寸仅为2mm。此外,我们的补偿制度可以原地运作,不会互相影响。
2022-04-22 physics.app-ph quant-ph
Analysis of atomic magnetometry using metasurface optics for balanced polarimetry
本文设计并分析了一种用于铷原子磁力仪的硅超表面偏振分束器,在795 nm处透射效率大于83%、消光比大于20 dB,证明其可支持亚皮特斯拉级灵敏度的小型化原子磁力仪。
2023-02-13 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Dual axis atomic magnetometer and gyroscope enabled by nuclear spin perturbation
提出一种基于核自旋扰动的新共磁力计方案,通过磁脉冲和脉冲光泵浦测量磁噪声以减少串扰,数值和实验证明其双轴信号恢复灵敏度与单轴设备相当,串扰达0.2±0.1μHz/pT。
2025-04-03 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Ultrasensitive force and displacement detection using trapped ions
检测极小力的能力对于各种学科至关重要,包括精密自旋共振成像,显微镜和基本物理现象的测试。通过将微或纳米制造的机械谐振器耦合到包括单电子晶体管、超导微波腔和单个自旋的各种物理系统,当前力检测灵敏度极限已经超过1 $aN/\sqrt{Hz}$(atto $=10^{-18}$)。这些实验允许探测研究的各种现象,但灵敏度的要求不断增加,作为新的制度的物理相互作用被认为是。在这里,我们表明,被困的原子离子是非常敏感的力探测器,测量的灵敏度超过三个数量级优于现有的报告。我们证明检测力小至174 $yN$(yocto $=10^{-24}$),灵敏度为390 $\pm150$ $yN/\sqrt{Hz}$,使用晶体的$n=60$ $^{9}$是$^{+}$离子在潘宁陷阱。我们的技术是基于正常的运动模式在离子阱中的外部施加的电场,检测通过和相位相干多普勒测速仪,它允许歧视的离子运动与纳米尺度上的振幅的激发。这些实验结果和提取的力检测灵敏度在单离子极限验证建议,表明捕获的原子离子能够检测力的灵敏度接近1 $yN/\sqrt{Hz}$。我们预计,这一演示将是一个新的类的可部署的捕获离子为基础的传感器的发展,并将允许科学家进入新的制度在材料科学的强烈动机。
2010-08-23 cond-mat.other physics.atom-ph physics.plasm-ph
Magnetic Field Estimation at and beyond 1/N Scaling via an Effective Nonlinearity
我们提供的证据,直接模拟的基础上的量子费舍尔信息,1/N标度的灵敏度与原子的原子数N在原子磁力计可以通过双通远失谐激光通过原子系统在拉莫尔进动。此外,我们预测,当N>>1时,所提出的双程原子磁力计基本上可以实现1/N标度,而不需要任何可观的纠缠量。
2009-04-14 quant-ph