Смоделированный сигнал спиновых колебаний с автоматическим управлением (а) в режиме замкнутого контура и (b) его частотная характеристика как функция сдвига фазы автоматического управления θ при фиксированном сильном усилении G = 1000 . Пересечение между кривой без обратной связи (красная линия) и кривой с обратной связью (синие кружки) указывает на наличие фазовой точки, в которой возникает ZFS, несмотря на наличие эффекта сдвига Блоха-Зигерта при сильном нерезонансном самовозбуждении.
Предоставлено: Physical Review Applied (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.014029

Атомные сомагнитометры могут быть использованы в фундаментальных физических исследованиях. Высокочувствительные атомные комагнетометры применяются в инерциальных навигационных гироскопах, обнаружении биомагнетизма и других практических приложениях.

Ключевым параметром, ограничивающим чувствительность сомагнитометров, является время когерентности атомного спина. В продемонстрированной установке исследователи использовали самовозбуждаемое поле с замкнутым контуром, чтобы реализовать незатухающий сигнал спиновых колебаний, увеличивая время когерентности до бесконечности.

«Таким образом, сомагнитометр работает как активные атомные часы, например, водородный мазер, образуя осциллятор вращения Rb-Xe, частота колебаний которого очень чувствительна к изменениям магнитного поля», — сказал профессор Лю Гуобинь, автор исследования.

В качестве атомного магнитометра спиновый осциллятор Rb-Xe реализовал чувствительность менее 10 фТл/Гц ^1/2 в диапазоне частот 0,01–10 Гц. При длительной работе до 2000 секунд времени осреднения абсолютная нестабильность частоты достигала около 3*10 ^-6 Гц (скорость вращения Земли около 11*10 ^-6 Гц).

Результаты предварительные. Дальнейший анализ показал, что предел нестабильности частоты находится на уровне 10 нГц или даже ниже, что потенциально может служить гироскопом для инерциальной навигации или контроля вращения Земли.