華研製冷原子共磁力儀

共磁力儀以高靈敏度原子磁力儀為基礎，通過對磁場的高精度調控，實現對角加速度、引力場以及新奇異物理場的高精度測量，具有重要的基礎科研價值以及實際應用價值。早前，中國科學技術大學與合肥國家實驗室的研究團隊合作，利用光學量子調控方法研製出冷原子共磁力儀。研究團隊將兩種鐿原子同位素共同囚禁在同一光阱中，同步測量其自旋進動，實現了超過三萬倍的磁場噪音抑制因子。該成果建立了一種具有微米尺度空間解析度的自旋傳感平台，為研究與自旋相關的短程相互作用提供了新途徑。

研究人員表示，原子自旋感測器廣泛應用於精密測量與量子信息科學。共磁力儀同時、同地測量兩種具有不同旋磁比的自旋體系，並對其自旋進動頻率進行比較，消除共模磁場波動效應，同時保留對非磁相互作用引起的自旋態能級位移的靈敏響應。傳統氣室共磁力儀已在基礎物理檢驗等領域發揮重要作用，但其空間尺度受氣室尺寸和壁厚限制。相比之下，冷原子可由激光囚禁在微米尺度區域，具有極高的空間解析度。

在此次研究工作中，研究團隊將171Yb（自旋1/2）与173Yb（自旋5/2）兩種同位素共同囚禁在一維光晶格中，構建了基於純核自旋的冷原子共磁力儀。冷原子系統中實現長時間自旋相干的關鍵挑戰，是抑制光晶格中光頻移引起的退相干效應。對於171Yb同位素，自旋1/2的結構使其天然不受張量光頻移影響；對於高自旋的173Yb同位素，研究團隊利用薛定諤自旋貓態，使其進動頻率對張量光頻移不敏感。團隊此前已利用這一方法解決了高自旋體系的張量光頻移退相干問題。

在此次工作中，研究團隊進一步發現了殘餘張量光頻移與塞曼效應耦合產生的系統效應，利用二階微擾理論對其作出解釋，並通過實驗實現校正。結合向量和張量光頻移的控制，研究團隊開展了雙同位素同步測量，實現長達六十秒的自旋相干時間，並獲得超過3×104的噪音抑制因子，同時精確測定了171Yb与173Yb同位素的核磁矩比值。

研究人員介紹，共磁力儀通常利用處於同一個原子氣室中不同種類的原子來實現對磁場微小變化的共模感知和抑制。由於不同原子在空間上仍然存在一定的分離，磁場梯度會影響共磁力儀的測量結果，是共磁力儀主要的系統誤差來源。冷原子共磁力儀是一種全新的自旋傳感平台，為量子增強精密測量、超越標準模型的新物理研究開闢了新路徑。

新 丁