基于雙芯片！我國科學家實現冷原子磁光阱系統應用
來源： 科技日報
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2022-03-28 14:43:14
記者27日從中國科學技術大學了解到，該校郭光燦院士團隊鄒長鈴課題組將獨立設計的磁場芯片與光柵芯片結合，實現了基于雙芯片的冷原子磁光阱系統。相關成果日前在線發表于國際學術期刊《應用物理評論》上。
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。然而傳統磁光阱系統在進一步的可擴展應用上受到諸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。因此，如何實現小型化乃至芯片化的磁光阱系統吸引了國際上研究人員的廣泛興趣。
目前，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。如果磁場線圈的尺寸較大，則需要更粗的導線和更強的電流來實現所學的磁場梯度，功耗大，發熱嚴重。如果將線圈的尺寸減小，則線圈可能會嚴重阻礙光路，減小可供使用光學窗口大小。為解決這一問題，研究人員提出了一種全新的平面化磁場線圈構型，僅需一塊3厘米×3厘米的芯片即可產生磁光阱所需的四極磁場。研究人員自主設計和加工了相互匹配的磁場芯片與光柵芯片，證明了這個新穎構型的實用性。
這兩種芯片尺寸小，重量輕，功耗低，騰出了更多的光學窗口。他們的使用也非常方便，可以將兩塊芯片疊在一起，僅需用透明膠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。其中，磁場芯片只需6.4W即可驅動，有望用便攜蓄電池供電，推動了小型磁光阱系統的進一步集成。
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