Измерение слабых электрических полей низкой частоты остаётся серьёзной научной задачей. Существующие технологии часто не могут одновременно обеспечить высокую точность, компактность и возможность определять как силу, так и направление поля. Обычные методы, основанные на так называемой электромагнитно-индуцированной прозрачности в газовых ячейках, страдают от размытия сигнала из-за эффектов Доплера и столкновений, что затрудняет измерение на малых масштабах.
Исследователи из Наньянского технологического университета (Сингапур) предложили принципиально новый подход — использовать цепочку взаимодействующих атомов Ридберга. Эти атомы обладают огромной чувствительностью к электрическим полям благодаря большим электрическим дипольным моментам. Под действием внешнего поля меняется ориентация оси квантования каждого атома, что влияет на их дипольное взаимодействие. Такие изменения несут информацию и о силе, и о направлении поля.
Для извлечения информации учёные применили три взаимодополняющих метода измерения в единой системе. Первый отслеживает скорость распространения возбуждения вдоль цепочки. Второй анализирует спектр Рамези — энергетическую структуру системы. Третий изучает спектр пропускания в частотной области. Комбинируя эти данные, исследователи получают полную картину поля во времени, энергии и частоте.
Новый метод открывает путь к созданию компактных и программируемых квантовых сенсоров, способных измерять низкочастотные электрические поля с микрометровым разрешением и высокой точностью. Такие датчики объединяют в себе прослеживаемость к фундаментальным константам, малый размер и способность определять направление поля. Работа была опубликована на обложке журнала Frontiers of Optoelectronics.
Источник: This chain of atoms can detect electric fields with stunning precision