I en studie publicerad i Physics Review Letters och markeras av APS Fysik , ICFO -forskare visar en ny teknik för koherent detektering av radiofrekventa magnetfält med hjälp av en atommagnetometer. De använde mycket känsliga, icke -destruktiva mätningar för att trassla in atomerna samtidigt som deras kollektiva koherens bibehålls, och en ny teknik för att tillåta koherent uppbyggnad av signal från godtyckligt formade vågformer.

I den här studien, ICFO -forskare Ferran Martin Ciurana, Dr Giorgio Colangelo, Dr Rob Sewell, ledd av prof. Morgan Mitchell, fångade en ensemble av mer än en miljon rubidiumatomer som var laserkylda till 16°K, nära absolut noll. De applicerade ett statiskt magnetfält på de fångade atomerna för att få atomspinnarna att föregå (rotera) synkront (koherent) med en exakt frekvens av 42,2 kHz, som ligger inom det lågfrekventa bandet som används för AM -radiosändningar. De applicerade sedan ett svagt resonant radiofrekvensfält i en ortogonal riktning, som störde atomspinnprecessionen - det här var signalen de ville upptäcka.

I en vanlig RF -magnetometer, atomspinnarna får utvecklas fritt under en tid under påverkan av denna störning för att möjliggöra en sammanhängande uppbyggnad av signal innan förändringen i atomtillståndet detekteras. Vanligtvis, denna teknik är endast känslig för ett RF -fält som appliceras med en fast resonansfrekvens.

I den här studien, författarna använde två tekniker för att förbättra deras mätning. Först, de använde stroboskopiska kvant-icke-rivningsmätningar för att förbereda ett intrasslat atomspinntillstånd vid början av detektionssekvensen. Detta gjorde det möjligt för dem att minska kvantbruset som kommer från atomerna, och förbättra magnetometerns känslighet bortom standardkvantgränsen.

Andra, de använde en ny teknik som utvecklats i gruppen för att möjliggöra koherent detektering av ett RF -fält med förändrad frekvens - som används, till exempel, i en FM -radiosändning. Under den fria evolutionstiden, de använde det applicerade statiska magnetfältet för att kontinuerligt skifta atomernas resonansfrekvens för att matcha RF -fältets förändrade frekvens. Detta gjorde det möjligt för atomerna att koherent bygga upp signal från en enda godtycklig RF -vågform, samtidigt som oönskade signaler blockeras från ortogonala vågformer.

De upptäckte sedan de störda atomerna med en andra stroboskopisk kvantmätning utan rivning för att mäta signalen på grund av RF-fältet, och verifiera intrasslingen som genereras bland atomspinnarna.

Forskarna demonstrerade sin teknik genom att detektera ett linjärt kvittrande RF -fält med en känslighet bortom standardkvantgränsen. De kunde mäta den svaga RF -magnetfältssignalen med en 25 -procentig minskning av experimentellt brus på grund av kvantfiltringen av atomerna, och en känslighet jämförbar med de bästa RF-magnetometrarna som hittills använts.

Tekniken kan ha tillämpningar inklusive upptäckt av biomagnetiska fält, karakterisering av mikroelektronik, och söker efter utomjordiska civilisationer.