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在核自旋系统上成功实现了我国新微波激射的可行性

我国在量子精度测量领域取得了重要进展，并首次实现了对Froquet量子系统的微波激射。根据中国科学技术大学的消息，中国科学技术大学中国科学院微磁共振重点实验室的彭新华教授的研究组及其合作伙伴已经在Froquet上实施了maser。
量子系统的第一次。诸如搜索之类的研究提供了一种全新的方法。
可以理解，maser是一种量子装置，其利用电磁波与诸如原子或分子的量子系统的共振相互作用来获得微波频带中的放大或振荡。自从1954年成功实现第一台maser以来，它催生了几项革命性的技术，例如激光器，原子钟和量子放大器。
由于这些微波激射技术在现实生活和科学研究中扮演着不可替代的角色，因此诺贝尔物理学奖已多次被授予该领域。但是，尽管对激射器已有60多年的研究历史，但到目前为止，只有很少的材料可以实现激射器，而且它们仅在静态系统上实现。
对于具有随时间变化的周期性变化的系统（所谓的Floquet系统），以前没有任何理论和实验报告。这项研究首次在理论上提出了这种新型maser的可行性，并且已经在核自旋系统上通过实验成功地实现了。
为了实现这一目标，需要克服许多挑战：（1）在正常情况下，核自旋的数量仅为百万分之一，这远远低于微波激射的临界条件。因此，研究人员使用同位素稀有气体氙（129Xe）作为maser介质，并使用自旋交换碰撞方法成功地将129Xe核自旋的数量增加了五个数量级。
左图：Froquet maser设备；图片：Froquet量子态和能级；右图：Froquet maser的频谱。 （2）过去，大规模生产需要实现人口逆转，许多系统无法用于构建大规模生产。
研究人员设计了一个复杂的外腔反馈控制系统（如左图所示），消除了传统masers对反演人口的苛刻要求，并扩大了masers的应用范围。在解决上述两个挑战的基础上，进一步利用射频磁场对氙自旋系统的能级分裂进行周期性调制，以形成浮球状态（如图所示）。
经过两年多的艰苦努力，研究小组首次观察到了Froquet量子态之间的受激发射，标志着在周期性量子系统上实现了maser的实现。这种新型的maser与过去完全不同。
它呈现了多个锁相多频振荡，其频率值等于Froquet能级间隔。这种现象类似于“频率梳”。
结构（如右图所示）。在这项工作中，研究人员还使用maser克服了低频磁场噪声的问题，并在迄今为止的超低频带（1-100mHz）中实现了最高的磁测量灵敏度。
该研究结果称为“ Floquetmaser”。并在国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）上在线发表。
[ScienceAdvances7，eabe0719（2021）]将于2021年2月18日发布。 “科学”一栏而国际知名的学术网站Phys.org则以特殊文章“ Amasingladder”报道了这项工作。
和“ ExtendingmasertechniquestoFloquetsystems”分别。本文的作者将该新量子设备命名为Floquetmaser（Floquetmaser）。
研究工作建立了连接Floquetphysics和masers的桥梁，有望在广泛的量子系统中实现masers，并为精密测量研究提供新的技术手段。 “科学”是指该杂志在一篇特别文章中对此工作进行了报道，称赞它“展示了崭新的maser”，“它可以有效地克服以前的精密测量中的低频噪声问题”，并为这种方法提供了新的可能性。
伽马激光的实现。”预期该工作将应用于高精度时钟和“超轻暗物质的检测”。
论文的第一作者是中国科学院显微磁共振重点实验室的博士后研究员姜敏。这项研究由国家科学技术部资助。
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