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突破!我国科学家提出新型固态原子钟方案,未来测量精度可提升至毫赫兹级

前瞻网    2021-08-04 17:12

众所周知,原子钟是当前最精确的计时工具。由于电磁波本身的稳定性,加上一系列精密仪器的辅助,原子钟的精度甚至可以达到数亿年才误差1秒。

近日,中国科学技术大学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的工作,频率检验精度达赫兹级,基于这一结果提出了新型固态原子钟方案。

突破!我国科学家提出新型固态原子钟方案,未来测量精度可提升至毫赫兹级

在室温大气条件下,研究组对氮-空位色心(NV center)的全同性进行了赫兹级水平的检验。他们发现,即使在环境条件下,金刚石中带负电荷的氮-空位色心仍然可以在赫兹精度水平上表现相同,相当于10^−7水平的相对精度。

研究组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,结果为−4945754.9(8) Hz,此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。

研究组基于以上全同性检验的结果,提出了一种具有高鲁棒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,得益于金刚石晶格的保护作用,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。

未来,基于这种新型固态原子钟方案的测量精度,预计可在低温下进一步提升至毫赫兹水平。

上述研究以“Identity Test of Single NV−Centers in Diamond at Hz-Precision Level”为题,发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

 

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责任编辑: 3976DBC

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