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用便攜式電池就能給磁光阱充電？首次實現芯片集成的冷原子磁光阱系統
2022年03月28日 10:01:58
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5430
這種磁場芯片僅需6.4w就能驅動，有望用便攜蓄電池為其供電，這項發現推動了磁光阱系統的進一步集成。
【化工儀器網 項目成果】磁光阱是一種囚禁中性原子的有效手段，其系統是一種用于數學領域的分析儀器，這種儀器能夠用于激光冷卻囚禁住超冷的銣原子團。磁光阱作為對原子蒸氣進行冷卻和俘獲的基本手段之一，在現代原子物理領域有廣泛的應用。通過磁光阱獲得的冷原子系綜是實現長相干時間量子比特，以及基于此的量子精密測量、量子模擬、量子計算等應用的必要基礎。
然而，傳統的磁光阱系統在進一步的可擴展應用上受到一些制約，例如多路自由空間光束對準、龐大的反亥姆霍茲線圈、以及磁場和光場中心的嚴格重合等挑戰。如何實現小型化乃至芯片化的磁光阱系統，引起了國際上研究人員的廣泛興趣。
光柵芯片的磁光阱極大地簡化了傳統磁光阱中六束空間光的入射系統，有著體積小、重量輕、光窗口豐富并且可延展性高的優點，在移動式量子精密測量系統、集成化量子計算系統中都有著強大的潛力。然而對于磁光阱的另一重要組成部分——磁場線圈，仍然只能采用三維的線圈對來實現。如果將磁場線圈的尺寸變大，則需要更粗的導線和更強的電流來實現所學的磁場梯度，并且功耗大，發熱嚴重。但若是將線圈的尺寸減小，則線圈可能會嚴重阻礙光路，減小可供使用光學窗口大小。
近日，中國科技大學郭光燦院士團隊與盧征天教授合作，他們提出了一種全新的平面化磁場線圈構型，僅需一塊3cm×3cm的芯片即可產生磁光阱所需的四極磁場。研究團隊自主設計和加工了相互匹配的磁場芯片與光柵芯片，并基于此成功地俘獲了超過106個低溫87Rb原子，證明了這個新穎構型的實用性。他們所設計的兩種芯片尺寸小、重量輕、功耗低，騰出了更多的光學窗口。并且在使用上也非常方便，將兩塊芯片疊在一起，僅需用透明膠將其固定在真空的玻璃窗口外面，通過單束激光入射即可俘獲冷原子。這種磁場芯片僅需6.4w就能驅動，有望用便攜蓄電池為其供電，這項發現推動了磁光阱系統的進一步集成。
并且該項實驗中發現，隨著磁場電流的增大，局部最優的光場失諧也會隨之近似線性地增大。研究組從原子的能級構型出發，提出這可能是由磁場的尺寸縮減導致的，并實驗驗證了這一磁光阱調控新特點，而這一點在傳統的三維大線圈構型下恰恰容易被忽略。這個工作在實驗上觀察到了這一重要的物理現象，并提供了對磁光阱表現的新理解。相關成果以“Planar-integrated magneto-optical trap”為題3月10日在線發表于國際學術期刊《Physical Review Applied》上。
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