A amplificação quântica pode medir com precisão um campo eletromagnético fraco. No entanto, as limitações da amplificação quântica de spin incluem sensibilidade de leitura, tempo de coerência e inicialização de spin gasoso. Esses obstáculos devem ser removidos para realizar todo o potencial da amplificação quântica. Os pesquisadores propuseram a ideia de amplificação quântica de spin

A amplificação quântica pode medir com precisão um campo eletromagnético fraco. No entanto, as limitações da amplificação quântica de spin incluem sensibilidade de leitura, tempo de coerência e inicialização de spin gasoso. Esses obstáculos devem ser removidos para realizar todo o potencial da amplificação quântica.

Os pesquisadores propuseram a ideia de amplificação quântica de spin no estado escuro e conduziram experimentos no sistema misto de átomos gasosos de xenônio e rubídio para resolver esse problema.

Usando spin escuro, uma equipe de pesquisa conseguiu a primeira amplificação quântica de um campo magnético frágil, com uma precisão de medição de campo magnético único de 0,1fT e uma ampliação do campo magnético maior que 5.000.

Átomos de xenônio gasoso são o meio de amplificação neste sistema, enquanto átomos de rubídio polarizados a laser fornecem a polarização e leitura do spin do núcleo de xenônio.

Polarização, amplificação e leitura são tipicamente feitas simultaneamente, ao contrário de estudos anteriores quando os átomos gasosos mistos estão na mesma área. Ajustando as condições experimentais, como o campo magnético de viés do átomo de xenônio e o laser polarizado do átomo de rubídio, os cientistas envolvidos neste estudo descobriram um novo método para separar os processos de polarização, amplificação e leitura.

Isso permite que o núcleo de xenônio gire em um estado escuro durante o processo de amplificação quântica, livre de interferência dos átomos polarizados de rubídio e com potencial mais significativo para amplificação quântica.

Os cientistas deste sistema descobriram uma ordem de magnitude mais longa do que anteriormente, o período de coerência de rotação de um núcleo de xenônio em estado escuro de até 6 minutos. Cerca de 5.400 vezes o ganho relatado do spin escuro mais longo foi aplicado ao sinal magnético fraco. Em conjunto com a amplificação de spin escuro, o magnetômetro atômico permite a realização do nível sub-femtocell de campo magnético detectável (1fT=10-15T) em uma única medição, levando aproximadamente 500 segundos.

Este trabalho fornece informações sobre domínios biomédicos, incluindo detecção de matéria escura, quantificação de moléculas químicas em campos magnéticos frágeis e diagnósticos magnéticos coração-cérebro.

Referência da revista:

  1. Min Jiang et al., Observação de amplificação magnética usando spins escuros, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2315696121
Atualizado em by Anthony Schroeder
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