中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
磁場(chǎng)探測是量子傳感領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，具有廣泛的應用潛力和重要的戰略?xún)r(jià)值。在工業(yè)領(lǐng)域，磁場(chǎng)測量可實(shí)現基于電磁感應的無(wú)損探傷，在不影響檢測對象的前提下，對材料、零件、設備中的缺陷進(jìn)行定位和定量檢測，避免隱藏缺陷可能會(huì )構成重大的安全風(fēng)險，保障工業(yè)生產(chǎn)的安全。在生物醫療領(lǐng)域，磁場(chǎng)探測可用于核磁共振信號的檢測，提升核磁共振成像的分辨率和檢測精度，為醫學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步提供新的途徑。此外，在國防安全領(lǐng)域，磁場(chǎng)探測技術(shù)能夠用于水下磁通信，大幅延長(cháng)通信距離，提升隱蔽通信能力，基于磁場(chǎng)探測的核四極矩共振技術(shù)還可精準檢測爆炸物、毒品等違禁物品，增強我國的安防和反恐能力。
磁場(chǎng)探測是量子傳感領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，具有廣泛的應用潛力和重要的戰略?xún)r(jià)值。在工業(yè)領(lǐng)域，磁場(chǎng)測量可實(shí)現基于電磁感應的無(wú)損探傷，在不影響檢測對象的前提下，對材料、零件、設備中的缺陷進(jìn)行定位和定量檢測，避免隱藏缺陷可能會(huì )構成重大的安全風(fēng)險，保障工業(yè)生產(chǎn)的安全。在生物醫療領(lǐng)域，磁場(chǎng)探測可用于核磁共振信號的檢測，提升核磁共振成像的分辨率和檢測精度，為醫學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步提供新的途徑。此外，在國防安全領(lǐng)域，磁場(chǎng)探測技術(shù)能夠用于水下磁通信，大幅延長(cháng)通信距離，提升隱蔽通信能力，基于磁場(chǎng)探測的核四極矩共振技術(shù)還可精準檢測爆炸物、毒品等違禁物品，增強我國的安防和反恐能力。
近日，北京大學(xué)電子學(xué)院郭弘教授團隊提出了一種基于參數共振的新型射頻原子磁傳感器。該方案通過(guò)利用脈沖磁場(chǎng)對原子自旋進(jìn)行調制產(chǎn)生參數共振現象，能夠實(shí)現高靈敏度的射頻磁場(chǎng)測量（如圖1所示）。與傳統的磁共振方案相比，參數共振方案無(wú)需施加額外的偏置磁場(chǎng)以產(chǎn)生與待測射頻場(chǎng)共振的拉莫進(jìn)動(dòng)頻率信號，從而避免了磁共振方案中由偏置磁場(chǎng)引起的自旋交換碰撞弛豫問(wèn)題，解決了射頻原子磁傳感器中信號線(xiàn)寬展寬的問(wèn)題。在相同的實(shí)驗裝置下，參數共振方案實(shí)現了一個(gè)數量級以上的磁傳感器靈敏度的提升，在小型銣87原子中實(shí)現了噪聲水平低至2
fT/Hz1/2的高靈敏度射頻原子磁傳感器（如圖2所示）。這一研究成果為射頻原子磁傳感器的高靈敏度測量提供了新的技術(shù)途徑，為磁場(chǎng)探測技術(shù)在工業(yè)檢測、醫療成像和國防安全等領(lǐng)域提供了更為廣闊的應用前景。
相關(guān)研究成果以“Radio-Frequency Magnetometry Based on Parametric Resonances”為題，于2024年8月27日以封面文章的形式在線(xiàn)發(fā)表于《物理評論快報》
(Physical Review Letters
，第133卷，文章號093201)。北京大學(xué)電子院博雅博士后肖偉為論文第一作者，北京大學(xué)電子學(xué)院郭弘教授與吳騰研究員/助理教授為論文共同通信作者，其他論文作者包括北京大學(xué)電子學(xué)院彭翔副教授，以及電子學(xué)院2021級博士研究生劉曦嶼。該項工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（H863計劃）等項目支持。
