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我科学家提出新型固态原子钟方案

来源:科技日报2021-08-04 09:11

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  科技日报合肥8月3日电 (记者吴长锋)记者3日从中国科学技术大学获悉,该校中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、石发展等人在固态体系中开展了首个类原子缺陷全同性检验工作,频率检验精度达赫兹级,并基于这一结果提出了新型固态原子钟方案。该成果日前发表在《物理评论快报》上。

  精密测量是人类深化认知自然界的重要手段,如原子钟和引力波探测等领域都以精密测量为基础,而粒子的全同性是开展高精度测量的前提。但是,对于固体中的类原子缺陷,由于固态晶格的复杂性,目前尚未对固体中的类原子缺陷进行过高精度的全同性检验。近10年来,金刚石中的一种类原子缺陷——氮—空位色心得到了广泛关注。这种缺陷具有很多优良的性质,基于这些优势,氮—空位色心已经在量子精密测量和量子计算等领域被广泛应用。

  在室温大气条件下,研究组对氮—空位色心的全同性进行了赫兹级水平的检验,通过采用拉姆齐干涉法对该系统的哈密顿量进行了测量,在赫兹级水平上对不同色心进行了比较。其中,对氮核自旋的电四极矩耦合的测量最为精确,测量值的精度比以往实验提高了四个数量级。实验惊奇地发现,即使在室温大气条件下,不同的色心仍能在赫兹水平上表现为全同,而不均匀的晶格应力可使色心产生数十赫兹的差异。

  基于以上全同性检验的结果,研究组提出了一种具有高鲁棒性(指系统具有稳健性)和集成性特点的固态原子钟的新方案。相较于现有商用原子钟,该固态原子钟具有高鲁棒性和易于集成的特点,更适合在低温、高压、移动平台等具有挑战性的复杂环境下工作。

  该成果提供了一种在固态自旋中开展精密测量的方法,加深了对固态类原子缺陷的认识。未来,测量精度可在低温下进一步提升至毫赫兹水平。在应用层面上,该工作提出了一类具有高鲁棒性和集成性特点的固态原子钟,相关成果已申请专利。

[ 责编:蔡琳 ]
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