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我科學家提出新型固態原子鐘方案
http://www.CRNTT.com   2021-08-04 10:46:23


圖片來源:新華社
  中評社北京8月4日電/據科技日報報道, 記者3日從中國科學技術大學獲悉,該校中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、石發展等人在固態體系中開展了首個類原子缺陷全同性檢驗工作,頻率檢驗精度達赫茲級,並基於這一結果提出了新型固態原子鐘方案。該成果日前發表在《物理評論快報》上。

    精密測量是人類深化認知自然界的重要手段,如原子鐘和引力波探測等領域都以精密測量為基礎,而粒子的全同性是開展高精度測量的前提。但是,對於固體中的類原子缺陷,由於固態晶格的複雜性,目前尚未對固體中的類原子缺陷進行過高精度的全同性檢驗。近10年來,金剛石中的一種類原子缺陷——氮—空位色心得到了廣泛關注。這種缺陷具有很多優良的性質,基於這些優勢,氮—空位色心已經在量子精密測量和量子計算等領域被廣泛應用。

    在室溫大氣條件下,研究組對氮—空位色心的全同性進行了赫茲級水平的檢驗,通過採用拉姆齊干涉法對該系統的哈密頓量進行了測量,在赫茲級水平上對不同色心進行了比較。其中,對氮核自旋的電四極矩耦合的測量最為精確,測量值的精度比以往實驗提高了四個數量級。實驗驚奇地發現,即使在室溫大氣條件下,不同的色心仍能在赫茲水平上表現為全同,而不均勻的晶格應力可使色心產生數十赫茲的差異。

    基於以上全同性檢驗的結果,研究組提出了一種具有高魯棒性(指系統具有穩健性)和集成性特點的固態原子鐘的新方案。相較於現有商用原子鐘,該固態原子鐘具有高魯棒性和易於集成的特點,更適合在低溫、高壓、移動平台等具有挑戰性的複雜環境下工作。

    該成果提供了一種在固態自旋中開展精密測量的方法,加深了對固態類原子缺陷的認識。未來,測量精度可在低溫下進一步提升至毫赫茲水平。在應用層面上,該工作提出了一類具有高魯棒性和集成性特點的固態原子鐘,相關成果已申請專利。

 


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