論文の概要: Stable Atomic Magnetometer in Parity-Time Symmetry Broken Phase

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.09354v1
• Date: Thu, 17 Nov 2022 05:51:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-19 06:58:55.798889
• Title: Stable Atomic Magnetometer in Parity-Time Symmetry Broken Phase
• Title（参考訳）: パリティ時間対称性破壊相における安定原子磁気センサ
• Authors: Xiangdong Zhang, Jinbo Hu and Nan Zhao
• Abstract要約: 我々は、弱い信号の高精度測定のために、原子の空間的自由度が有害性ではなく資源となることを示した。 これらの空間運動誘起スプリット周波数を用いて、スピン系が安定した磁気センサとして機能することを実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.862042024766874
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Random motion of spins is usually detrimental in magnetic resonance experiments. The spin diffusion in non-uniform magnetic fields causes broadening of the resonance and limits the sensitivity and the spectral resolution in applications like magnetic resonance spectroscopy. Here, by observation of the parity-time ($PT$) phase transition of diffusive spins in gradient magnetic fields, we show that the spatial degrees of freedom of atoms could become a resource, rather than harmfulness, for high-precision measurement of weak signals. In the normal phase with zero or low gradient fields, the diffusion results in dissipation of spin precession. However, by increasing the field gradient, the spin system undergoes a $PT$ transition, and enters the $PT$ symmetry broken phase. In this novel phase, the spin precession frequency splits due to spatial localization of the eigenmodes. We demonstrate that, using these spatial-motion-induced split frequencies, the spin system can serve as a stable magnetometer, whose output is insensitive to the inevitable long-term drift of control parameters. This opens a door to detect extremely weak signals in imperfectly controlled environment.
• Abstract（参考訳）: スピンのランダムな運動は通常磁気共鳴実験で有害である。 非一様磁場中のスピン拡散は共鳴の広がりをもたらし、磁気共鳴分光法のような応用における感度とスペクトル分解能を制限する。 ここでは、勾配磁場中の拡散スピンのパリティ時間(PT$)相転移を観察することにより、弱い信号の高精度測定のために、原子の自由度が有害性よりもむしろ資源となることを示した。 ゼロあるいは低い勾配場を持つ通常の位相では、拡散はスピン沈降の散逸をもたらす。 しかし、場の勾配を増大させることでスピン系は$PT$遷移を行い、$PT$対称性が破れた位相に入る。 この新しいフェーズでは、スピンの沈降頻度は固有モードの空間的局在によって分裂する。 これらの空間運動誘起スプリット周波数を用いて、スピン系は安定な磁気センサとして機能し、制御パラメータの長期的ドリフトに対して出力が不感であることを示す。 これにより、不完全な制御環境下で極端に弱い信号を検出するドアが開く。

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