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发表于 2021-2-6 11:00:03
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本帖最后由 逸雪霁蓝 于 2021-3-7 09:39 编辑
基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量研究历程
超高灵敏极弱磁精密测量装置项目组以中国科学院院士房建成教授为首席,丁铭教授为项目负责人。超高灵敏极弱磁精密测量理论方法的研究及装置研制,重点进行基于SERF态极弱磁测量装置的总体方案设计,突破SERF态电子自旋系综弛豫机理与抗弛豫碱金属气室、高性能低噪声磁屏蔽与磁补偿、SERF态原子自旋进动机理及信号检测、单原子自旋及混合抽运原子自旋精密极化等关键技术,实现装置集成测试,建设国际领先的超高灵敏极弱磁精密测量装置。
2013年,国家重大科研仪器设备研制专项“基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置”项目启动。该该项目由北京航空航天大学牵头,山西大学、华东师大以及中科院化学所、物理所和系统所等五家单位参加。该项目将在五年内研制一套基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置,包含以下三个核心单元:基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量单元和惯性测量单元以及结构限域介质材料与内嵌原子操控惯性测量单元,并达到目前国际最高水平的磁场和惯性测量灵敏度。该装置将用于原子自旋极化的精密操控、原子自旋进动的高精度检测等新原理新方法的实验研究,还可用于研究物质的极弱磁性,以及作为超高灵敏磁场测量的计量基准,同时将支撑超高灵敏SERF 原子自旋陀螺仪和原子自旋磁强计的研制。该项目的实施将对推动我国超高灵敏磁场、惯性测量的科学研究和技术发展具有重要意义。
2020年,房建成院士及其团队在基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量研究中取得重大进展。在国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目(批准号:61227902)的资助下,北京航空航天大学房建成院士、江雷院士及樊瑜波教授等组成的北航交叉学科团队与华东师范大学褚君浩院士团队、山西大学张天才教授团队、中国科学院化学研究所王春儒研究员团队、中国科学院物理研究所刘伍明研究员团队、中国科学院数学与系统科学研究院张纪峰研究员团队合作,成功研制出了一套基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置。
基础物理学中的电偶极矩测量、脑科学与地质学研究、高精度惯性导航等领域的突破需要超高灵敏的磁场与惯性测量装置。基于原子自旋效应可实现对磁场与惯性超高灵敏的测量,其理论灵敏度可大幅超越现有方法所达到的精度。项目组深入开展了基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量技术研究,创新性地突破了高压抗弛豫碱金属气室、高性能低噪声磁屏蔽与磁补偿、无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋精密极化与检测、金刚石色心自旋量子态操控与检测等关键技术,成功研制出了一套基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置。该装置包括三个子平台:基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量平台、基于原子自旋效应的超高灵敏惯性测量平台以及结构限域介质材料与内嵌原子操控惯性测量平台。经国防科技工业第一计量测试研究中心和国防科技工业弱磁一级计量站的第三方测试,基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量平台的磁场测量灵敏度达到0.089 fT/Hz1/2@30~39Hz,基于原子自旋SERF效应的超高灵敏惯性测量平台的惯性测量灵敏度达到6.8E-8 o/s/Hz1/2@85~94Hz,结构限域介质材料与内嵌原子操控惯性测量平台的惯性测量灵敏度达到4.6E-5 o/s/Hz1/2@3.4~3.6Hz。三个平台的指标均高于国内外公开报道的最高指标。
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