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物理学 > 原子物理

arXiv:2505.18462v1 (physics)
[提交于 2025年5月24日 ]

标题: 动态极化SERF原子共磁力计

标题: Dynamically Polarized SERF Atomic Comagnetometer

Authors:Xiaofei Huang, Kai Wei, Yang Rui, Dinghui Gong, Saixin Zhou, Jie Zheng, Wei Quan
摘要: 原子自旋传感器对于超出标准模型的探索、生物磁测量和量子导航至关重要。 尽管传统的直流模式自旋交换弛豫无自由(SERF)共磁力计实现了超高的灵敏度,但进一步改进需要抑制技术噪声并超越标准量子极限。 在这项工作中,我们开发了一种K-Rb-$^{21}$Ne SERF原子共磁力计,它能够动态极化电子和核自旋,屏蔽泵浦光的直接干扰信号。 我们为混合自旋系综动力学建立了三阶段演化模型,得到了完整的解析解,并分析了对各种自旋扰动的响应。 此外,我们实现了平均38.5 $\%$的极化噪声抑制,并确定了限制灵敏度改进的关键因素。 动态极化的共磁力计表现出对技术噪声的有效抑制,并有可能克服量子噪声极限,同时在探索新物理和精确磁场测量方面具有广阔的应用前景。
摘要: Atomic spin sensors are essential for beyond-the-standard-model exploration, biomagnetic measurement, and quantum navigation. While the traditional DC mode spin-exchange relaxation-free (SERF) comagnetometer achieves ultrahigh sensitivity, further improvements require suppressing technical noise and surpassing standard quantum limit. In this work, we develop a K-Rb-$^{21}$Ne SERF atomic comagnetometer that dynamically polarizes the electron and nuclear spins, shielding signals from direct interference by pump light. We establish a three-phase evolutionary model for hybrid spin ensemble dynamics, yielding a complete analytical solution, and analyze the responses to various spin perturbations. Additionally, we achieve an averaged 38.5 $\%$ suppression of the polarization noise and identify the key factors that limit sensitivity improvements. The dynamically polarized comagnetometer exhibits effective suppression of technical noise and holds the potential to overcome quantum noise limit, while offering promising applications in exploring new physics and precise magnetic field measurements.
主题: 原子物理 (physics.atom-ph)
引用方式: arXiv:2505.18462 [physics.atom-ph]
  (或者 arXiv:2505.18462v1 [physics.atom-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.18462
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Xiaofei Huang [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 5 月 24 日 02:05:19 UTC (9,828 KB)
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