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
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
Sub-femtotesla scalar atomic magnetometer using multipass cells
标量原子磁力计有许多吸引人的特点，但它们的灵敏度一直比较差。我们描述了一个Rb标量梯度计使用两个多程光学细胞。我们使用泵浦探测测量方案来抑制自旋交换弛豫，并使用两个探测脉冲来找到自旋进动零交叉时间，分辨率为1皮秒。我们实现了0.54 fT/Hz的磁场灵敏度$^{1/2}$，这提高了一个数量级的最佳标量磁强计的灵敏度，并超过了量子限制设置的自旋交换碰撞的标量磁强计具有相同的测量体积在连续的制度。
2012-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Electromagnetic induction imaging with a scanning radio-frequency atomic magnetometer
我们展示了电磁感应成像与无屏蔽，便携式射频原子磁力仪扫描的目标对象。该配置满足从安全筛选到医学成像的典型应用中的标准要求。磁力计在物体上扫描的能力依赖于传感器头的小型化和环境磁场的主动补偿。此外，实施一种程序以从所记录的空间相关磁共振中提取高质量图像。该程序被证明是有效的抑制磁环境的空间变化的不利影响。
2021-06-08 physics.atom-ph quant-ph
How to build a magnetometer with thermal atomic vapor: A tutorial
本文旨在作为一个循序渐进的指导光泵磁力计的基础上碱原子蒸气细胞。首先，我们一般介绍原子磁光响应，以及预期的磁强计性能优点，以及它们是如何受到主要噪声源的影响。接下来是对不同磁强计实现的简要比较和当前研究的概述，旨在帮助读者确定最适合特定应用的磁强计类型。接下来，我们讨论一些实际的考虑，实验实现，使用的情况下，$M_z$磁强计的设计过程的一个例子。最后，一个互动的工作簿与真正的磁力计数据提供说明磁力计性能分析。
2023-01-20 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Real-time optimal quantum control for atomic magnetometers with decoherence
University of Warsaw（华沙大学）
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
Nuclear Zeeman Effect on Heading Errors and the Suppression in Atomic Magnetometers
航向误差主要是由非线性塞曼效应和方向相关光频移引起的。在这项工作中，我们发现，核塞曼效应也可以有一个显着的影响，特别是对于连续驱动的磁强计与未解决的磁过渡的航向误差。它不仅改变了进动频率，而且使航向误差变形并引起不对称性：具有相反螺旋度的泵浦激光器的航向误差是不同的。航向误差还取决于探测激光器与RF驱动磁场的相对方向（平行或垂直）。因此，可以设计磁力计的配置，并使其工作在较小的航向误差制度。为了抑制航向误差，我们的研究建议，从两个具有相反的螺旋度的激光器泵浦的原子细胞的输出进动频率和探测的激光器在正交方向（一个平行，另一个垂直于RF场）传播，而不是利用探测激光器在相同的方向上传播。由于核塞曼效应，后一种情况下的平均进动频率可以具有不可忽略的角度依赖性，而在前一种情况下，核塞曼效应引起的航向误差可以在很大程度上得到补偿，并且残差在1Hz以内。此外，对于实际应用，我们建议简单地利用一个小的磁场平行/反平行的泵浦激光器。通过调节该辅助磁场的大小，可以使航向误差在不同角度处变平，这可以提高磁强计在一定方位角处工作时的精度。
2021-12-18 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
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
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
A measurement method of transverse light-shift in atomic spin co-magnetometer
提出了一种单轴碱金属-惰性气体同向磁力仪探测光横向光移的测量方法。通过布洛赫方程的稳态解，推导出横向补偿场与光移的关系。利用探测光强度的变化来获得剩余磁场，并通过阶跃调制实验来获得电子自旋的总自旋弛豫率和自补偿点。最后，通过优化探测光波长，使横向光移从-0.115 nT减小到-0.039 nT，同时提高了校准系数。
2021-11-29 physics.app-ph quant-ph
Vector Measurements Using All Optical Scalar Atomic Magnetometers
利用与标量操作相关的内禀参数，用全光标量原子磁力计演示了矢量场测量。Bell-Bloom型原子磁力计通过探测束的共振吸收测量铯原子的拉莫尔进动。当探头信号的AC分量用于场幅度测量时，探头DC信号包含关于极角的信息，该极角被定义为磁场和探头束之间的角度。附加的极角信息是从探测光束的频率调制引起的光移感应磁场中获得的。在100毫秒的测量时间内，使用商用微型传感器在最佳传感器方向上实现了优于0.02度的灵敏度。在0至180度的整个极角范围内，根据光学编码器检查角度测量精度。在大多数设定的极角上记录的误差优于1度。方位角测量也展示了两个正交取向的传感器。
2021-01-29 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
Thermodynamical aspects of optically pumped dense atomic medium
Universidade Federal do ABC（阿贝辛联邦大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
研究光泵磁强计中原子介质非平衡稳态的热力学机制，通过熵产和量子 Fisher 信息分析其灵敏度优化。
2026-04-10 quant-ph
Rapid Electromagnetic Induction Imaging with an Optically Raster-Scanned Atomic Magnetometer
我们提出了一种装置，以克服机械光栅扫描的限制，在电磁感应成像（EMI）技术，而不是执行一个二维光学光栅扫描的射频原子磁力计（RF-AM）的蒸汽细胞内。采用一个大的立方体87 Rb蒸气室作为RF-AM的介质，泵浦和探测光束通过声光在室内平移。所示的技术，以提供强大的和可重复的磁测量的细胞体积，并成功地解决了导电目标与EMI。光学光栅扫描消除了缓慢的机械致动的限制，并制定了快速成像程序，以40毫秒/像素的速率分辨导电目标。
2022-10-30 physics.atom-ph physics.ins-det 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
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
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
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
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
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
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
Robustness of intra-atomic frequency comb based quantum memory against fluctuating environment
在这篇文章中，我们研究了基于原子内频率梳（I-AFC）的量子存储器对各种环境因素的鲁棒性。环境的影响被纳入随机波动的参数，如梳间距和光学深度，频率梳。我们还研究了量子存储器的质量，这是量化的光子存储的效率方面的温度的影响。我们发现，I-AFC是可行的光子存储，即使在非常大的波动的频率梳的参数。此外，温度对I-AFC的质量的影响可以忽略不计。我们的研究最终确定了I-AFC的顽固性。
2021-08-09 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
High Precision Inertial Rotation Rate and Magnetic Field Estimate via Extended Kalman Filter
最近的技术发展使原子自旋成为最灵敏的惯性和磁性传感器。原子自旋陀螺仪（磁力计）基本上输出待测量的惯性旋转速率（磁场）的估计。用于估计静态或准静态惯性旋转速率（磁场）的常规方法采用稳态信号与输入旋转速率（磁场）之间的依赖关系。本文提出了一种适用于原子自旋陀螺仪和磁强计的扩展卡尔曼滤波（EKF）方法。结果表明，EKF方法比传统的稳态估计方法具有更高的精度和更快的速度。
2014-02-28 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
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
Searching for axion stars and Q-balls with a terrestrial magnetometer network
光（伪）标量场是宇宙中最有希望成为暗物质的候选者。在早期宇宙的某些初始条件下和/或某些类型的自相互作用下，它们可以形成致密的暗物质物体，如轴子星或Q球。可利用原子磁力计全球网络搜索与这类物体的直接接触。结果表明，对于一个范围内的质量和半径不排除现有的观测，地球遇到率与轴子星或Q-球可以足够高（至少每年一次）的检测。此外，它表明，一个全球性的原子磁力计网络是足够敏感的赝标量耦合到原子自旋，使过境通过轴子星或Q-球可以检测到在广泛的范围内的未探索的参数空间。
2017-10-23 astro-ph.IM hep-ph physics.atom-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
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
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
Estimating a fluctuating magnetic field with a continuously monitored atomic ensemble
本文研究了用连续光学探测原子系综的方法估计随时间变化的磁场的问题。假设磁场遵循随机的Ornstein-Uhlenbeck过程，它诱导原子基态自旋的拉莫尔旋进，通过激光场探针的法拉第极化旋转读出。的相互作用和测量方案是兼容的混合量子经典高斯描述的未知磁场，原子和场变量。这将联合条件量子动力学和经典参数估计问题转换为经典和量子自由度的一阶和二阶矩的更新公式的形式。我们的混合量子-经典理论与经典的卡尔曼滤波理论和高斯态的量子理论是等价的。通过参考经典理论的平滑和量子理论的过去的量子态，我们展示了如何光探测后的时间$t$提高我们的估计值的磁场在时间$t$，我们提出了数值模拟，分析和解释的改进，在传统的过滤方法。
2020-06-16 quant-ph
Sensing of Fluctuating Nanoscale Magnetic Fields Using NV Centres in Diamond
基于金刚石中的氮空位（NV）缺陷的新的磁力测量技术允许静态（DC）和振荡（AC）纳米磁性系统的成像。然而，这些技术需要准确的知识和控制的样品动力学，并因此限制了他们的能力，从快速波动（FC）的环境所产生的图像领域。我们在这里展示了FC场对NV量子比特磁强计的直流场灵敏度的限制，并且通过探测磁性FC环境中量子比特的失相速率，我们能够测量波动率和RMS场强，否则使用DC和AC磁力测量技术将无法获得这些。FC的灵敏度与AC场的灵敏度相当，同时不需要额外的实验管理费用或对样本的控制。
2009-07-14 cond-mat.mes-hall 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
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
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
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
Frequency response of an atomic resonance driven by weak free-electron-laser fluctuating pulses
最近的实验有关的弱SASE-FEL脉冲与原子和分子的相互作用的动机，我们调查的条件下，这种相互作用可以描述在一个简单的相位扩散模型的框架与去相关的原子场动力学。波动的性质，不可避免地存在于SASE-FEL脉冲中的去相关的成功发挥了关键作用。我们的分析是在软X射线制度与特定的最近的实验结果从FLASH。
2014-01-20 physics.atom-ph quant-ph
Magnetocardiography on an isolated animal heart with a room-temperature optically pumped magnetometer
光泵磁力计正在成为低温冷却超导磁力计的一种有前途的替代品，用于检测和成像生物磁场。磁场检测是一种完全非侵入性的方法，它允许人们使用放置在人体外部的传感器来研究可兴奋的人体器官的功能。例如，磁力计可用于检测大脑活动或研究心脏活动。我们研制了一种基于铯原子蒸气的高灵敏度微型光泵磁强计。磁力计针对生物信号的检测进行了优化，并具有高的时间和空间分辨率。它在室温或人体温度下工作，可以放置在与生物物体接触或距离生物物体毫米的地方。用这个磁力计，我们检测了一个孤立的豚鼠心脏的心跳，这是一种广泛用于生物医学研究的动物。在我们的心磁图记录中，我们可以实时观察到与心动周期相关的P波、QRS波群和T波。我们还证明，我们的设备能够测量心电图间期，如RR和QT间期，并检测药物引起的QT间期延长，这对医学诊断很重要。
2018-06-27 physics.med-ph 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
Atomic-Scale Magnetometry of Dynamic Magnetization
成像磁力计的空间分辨率得益于扫描探针技术。样品通过其体积外部的磁场扰动扫描探针的要求限制了对具有预先存在的磁化的样品的磁力测定。我们提出了一个磁力计，其中的扰动是反向的：探头的磁场产生的样品，这对探头的反应，并改变其能量。对于金刚石中的NV $^-$自旋中心，这种微扰改变了自旋基态的精细结构分裂。然后，使用相干检测方案的灵敏测量技术允许检测顺磁性和反磁性材料的磁响应。该技术可以以比$0.1$磁致伸缩$~$更好的精度测量磁死层的厚度。
2017-02-13 cond-mat.mes-hall physics.ins-det 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
Scanning gradiometry with a single spin quantum magnetometer
在这里，我们展示了一种梯度测量技术，显着提高了测量灵敏度的静态场，导致新的机会，在弱磁系统的成像。我们的方法依赖于一个单一的氮空位中心在扫描金刚石探针，上转换成交流磁场，使使用敏感的交流量子协议的局部空间梯度尖端的机械振荡。我们表明，梯度法提供了重要的优势，静态场成像：（i）一个数量级更好的灵敏度，（ii）一个更本地化和更清晰的图像，（iii）一个强大的抑制场漂移。我们展示了梯度测量的能力，通过成像纳米特斯拉领域出现以上的地形缺陷和原子步骤中的反铁磁体，直流石墨烯设备，以及顺磁性和抗磁性金属。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrasensitive Magnetometer Using a Single Atom
精密传感，特别是高精度磁力测量，是量子技术研究的核心目标。对于磁力计，通常在灵敏度、空间分辨率和频率范围之间存在权衡。磁力测定的精确度以及灵敏度与起关键决定因素作用的感测系统的相位相干时间$T_2$成$1/\sqrt {T_2}$的比例。适应的动态解耦方案，允许扩展$T_2$的数量级和合并它与磁传感协议，我们实现了测量灵敏度，即使是接近标准量子极限的高频领域。使用一个单一的原子离子作为传感器，我们在实验上达到了$4.6$ pT $/\sqrt{Hz}$的灵敏度为交流磁场近14 MHz。基于这里所展示的原理，这种前所未有的灵敏度与纳米范围内的空间分辨率和从直流到千兆赫范围的可调谐性相结合，可用于尚未达到的参数制度中的磁成像。
2016-06-18 physics.atom-ph 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
Entanglement-enhanced magnetic induction tomography
本文提出利用原子磁力仪中的纠缠自旋压缩态实现磁感应层析成像，通过频闪量子非破坏性测量生成纠缠态，使一维MIT灵敏度超越标准量子极限。
2023-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
FID Magnetometer Based on Paraffin-Coated Planar Reflective Multipass Cells
Fudan University（复旦大学）
该研究提出一种石蜡涂层平面反射多程蒸气细胞，用于紧凑型光学原子磁强计，实现了高光学深度和长相干时间，达到10pT/√Hz的灵敏度。
2026-05-02 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
